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疊層潛力巨大，晶硅疊層+鈣鈦礦疊層雙向并行
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-05-21

高理論效率且契合當(dāng)下產(chǎn)能結(jié)構(gòu)是疊層電池最大的優(yōu)勢(shì)。單結(jié)晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率正在接近 29.4％的肖克利奎伊瑟極限(Shockley–Queisser limit) ，提高單結(jié)晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率在當(dāng)下及未來將變得非常困難，結(jié)合當(dāng)下晶硅電池產(chǎn)業(yè)化程度極為成熟的背景，疊層電池應(yīng)運(yùn)而生，原理是通過使用具有不同帶隙的吸收材料來吸收不同能量的光子。鈣鈦礦太陽電池對(duì)光的吸收能力強(qiáng)，光譜吸收范圍廣，可以吸收全光譜可見光。

鈣鈦礦太陽電池與晶硅太陽電池的串聯(lián)疊層，將充分吸收太陽光，突破單結(jié)電池的效率極限。自 2015 年鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池首次被提出，其能量轉(zhuǎn)換效率從初始的 13.7％快速提升到目前的 33.9％。鈣鈦礦/晶硅疊層電池的物理本質(zhì)是一種半導(dǎo)體串聯(lián)器件，能夠滿足光伏行業(yè)對(duì)太陽電池效率的不斷追求和長(zhǎng)久發(fā)展。

帶隙不同的疊層電池能充分減少熱損失，反式鈣鈦礦更適合疊層。兩端鈣鈦礦晶硅疊層電池的工作原理是利用寬帶隙鈣鈦礦材料在頂部吸收部分可見光和短波光，透過頂電池的部分可見光和長(zhǎng)波光被硅底電池材料吸收，減少短波光子的熱損失，充分利用太陽光譜，提高光伏器件的轉(zhuǎn)換效率。另外，n-i-p 型的正式鈣鈦礦電池在疊層電池中由于沒有發(fā)現(xiàn)擁有高透過性的空穴傳輸材料，電流損失較大，效率提升困難。因此疊層電池一般使用 p-i-n 型的反式鈣鈦礦電池。

異質(zhì)結(jié)疊層鈣鈦礦：鈣鈦礦電池能吸收高能量的紫外和藍(lán)綠可見光。而異質(zhì)結(jié)電池可吸收鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光。異質(zhì)結(jié)電池本身理論效率略高于 TOPCon，且低溫制造、具有透明導(dǎo)電氧化物(TCO) 層，可與鈣鈦礦疊層完美適配，改造難度小，同時(shí) HJT本身為對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以兼容正式和反式鈣鈦礦電池。因此鈣鈦礦/晶硅異質(zhì)結(jié)疊層太陽電池是目前兩結(jié)太陽電池領(lǐng)域中被產(chǎn)業(yè)界最為看好的。

TOPCon 疊層鈣鈦礦：TOPCon 正面的氮化硅與氧化鋁不導(dǎo)電，且無 TCO 層，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，加入中間復(fù)合疊層，工藝復(fù)雜程度較高。但 TOPCon 產(chǎn)業(yè)化成熟度高，技術(shù)成熟，產(chǎn)線投建及制造成本低，在性質(zhì)上具備優(yōu)秀的高溫穩(wěn)定性，能為頂層結(jié)構(gòu)提供更多選擇。從產(chǎn)業(yè)化角度來看，基于當(dāng)下異質(zhì)結(jié)投建及制造成本較高，TOPCon 相對(duì)異質(zhì)結(jié)在疊層電池方面并無明顯劣勢(shì)，二者在未來數(shù)年有望同步發(fā)展。