e一文了解太阳能电池技术简史，太阳能电池技术的发展已经接近两个世纪，从光生伏特效应的应运而生开始，一场足以撬动人类未来社会发展的能源变革便拉开序幕，命运的齿轮已然开始转动......

　　当我们把时间拉回1839年，光伏领域的第一块贝壳被人类从历史的沙滩上捡了起来。1839年，年仅十九岁的亚历山大·贝克勒尔（Alexandre Becquerel），在协助父亲研究将光波照射到电解池（electrolytic cell）所产生的效应时，发现了光生伏特效应，也就是后来我们熟知的“光伏效应”。后来有一个留着蓬乱灰白头发和一撮短胡子的搞怪老头以此为基础，建立了光量子理论并成功解释了光电效应，因而获得了当年的诺贝尔物理学奖。当然，这都是后话，对于当时刚刚被发现的光伏领域来说，一切才刚刚开始。

　　1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，具有实用价值的光伏发电技术诞生了。纽约时报把这一突破性的成果称为“无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始”。

　　简单来说，太阳能电池的结构就决定了它能够进行基础的光电转换。第一块拥有实际应用价值的太阳能电池转化效率就达到了4.5%，在接下来的几十年里，通过改进材料和结构，太阳能电池的效率逐渐增加。研究人员成功地将效率水平提高至约10%。1979年的夏天，美国总统吉米·卡特在白宫屋顶新装的太阳能系统前进行了一次演讲。此时正逢世界石油危机，他用慷慨激昂的演讲向世界表示：太阳能，才是未来。演讲的末尾他说：“这是美国有史以来最伟大、最令人激动的冒险。”不过他没有说的是，这套太阳能系统造价高达28万美元，并且提供的能量仅够厨房热水器使用。

　　到这里，大部分读者朋友应该都已经明白，太阳能电池片是光伏技术当之无愧的核心元件，而光伏领域所有围绕电池技术的升级最终目的也只有两个：

　　薄膜电池主要利用薄膜材料，更多是如砷化镓（AsGa），碲化镉（CdTe），非晶硅（a-Si），有机(Organic)，铜铟镓硒（CIGSe）、铜铟镓硫（CIGS）等化合物类材料或有机材料，优点包括灵活性、透明性、轻量化和较低的制造成本。

　　然而，薄膜电池通常稳定性较差，使用寿命较短，因此在实际应用中的普及程度相对较低，应用场景主要是太空和一些需要轻便化材料发电的地点。根据中国光伏行业协会CPIA统计的数据，2021年全球薄膜电池市场占有率仅为3.8%。因此，市面上讨论的太阳能电池基本都是属于晶硅路线、晶硅电池

　　它的应用最为广泛，地面的大型光伏电站、房屋建筑物等家庭及工商业领域皆有涉猎。主要原因其实还是因为晶体硅具有稳定性，再直白一些就是耐造。举个例子，中国最老的光伏电站始建于1983年，正是采用单晶太阳能组件作为核心发电设备。截至目前，已安全稳定运行了40年，相比薄膜电池普遍10-15年的使用寿命优势尽显。

　　多晶硅电池。这俩的区别是多晶硅电池用的硅比较多吗？（手动狗头）【肯定不是】

　　单晶硅和多晶硅的区别在于，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅；如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。

　　由于涉及到拉晶、切片等制造要求较高的工艺环节，单晶组件制造难度相比多晶组件几何式地提升。但相应的，单晶组件的光电转化效率较于多晶组件也更高。

　　晶硅电池技术的技能点不断地点在了降本、增效上，在有单晶、多晶之分的基础上，其实还有P型电池与N型电池两种分类。它们最主要的区别在于：P型电池使用的硅片在硅材料中掺加硼元素制成，而N型硅片是在硅材料中掺加磷元素制成。

　　经过数十年的发展，晶硅太阳能电池已十分逼近其理论转换效率极限：29.4%。而叠层电池之所以被称为终极，是因为它能在此基础上实现光电转换效率的再次跃升。

　　简单介绍完背景，让我们再跳回历史的长河中会发现，从上世纪八十年代起，多晶硅太阳能电池开始了商业化应用，市场份额也不断增长，电池转化效率也达到了12-14%。在那时晶硅电池已然成为主流。而在九十年代初引入了单晶硅太阳能电池之后，转化效率进一步提高，超过了20%，一场轰轰烈烈的单多晶技术路线之争也正式拉开了帷幕。

　　2016年之前，多晶的BSF铝背场电池成为主流电池技术，市占率一度甚至超过90%。

　　PERC电池（Passivated Emitter and Rear Cell），直译名称为发射极钝化和背面接触电池。比较拗口，但它与BSF电池最大的区别就是背钝化。这个可能有点抽象。先看一张PERC电池的结构图：

　　事实上，在P型衬底之上，PERC电池于BSF并无二致，最大的区别在背面——钝化膜。

　　首先，我们先解释一下钝化的概念。钝化是因为硅片的“锋利”边缘而产生的步骤。硅片是通过切割硅棒获得的，切割过程中使用了金刚线的超高速运动和砂轮的作用。这种切割导致硅片看似平整的薄片，但实际上表面存在很多共价键断裂，形成了暴露的共价键断裂，我们称之为“悬挂键”。这些突出的复合中心会引起正负电荷的结合，从而降低整个电池的开路电压。为了防止这种结合现象，钝化技术应运而生。

　　作为第二代光伏技术，根据 CPIA 数据，2021 年 PERC电池市占率达到91%。而在2023年的今天，虽然P型电池的PERC技术仍然占据市场主流，但已经越来越接近理论转换效率极限（24.5%），导致P型PERC单晶电池很难再有大幅提升，技术替换的时间点又一次到来，第三代光伏技术桂冠的争夺至今仍未分出胜负。

　　目前晶硅太阳能电池领域的最高效率世界纪录便是由2022年11月隆基推出的26.81%异质结电池保持的。

　　背接触电池技术不管太阳光从任何角度入射，都不会存在栅线反射的情况，发电效益肯定会更高。

　　BC电池将PN结和金属接触都设于太阳电池背面，电池片正面采用SiNx/SiOx双层减反钝化薄膜，没有金属电极遮挡，最大限度地利用入射光，减少光学损失，带来更多有效发电面积，拥有高转换效率，且外观上更加美观，更加适合分布式市场。

　　光学损失和电学损失一直是影响光伏电池效率的两大最重要的因素。尽管硅材料的极限理论电池效率能够达到29.4%，但是目前在实验室中晶硅太阳能电池的最高转化效率还是隆基在去年11月发布的26.81%世界纪录。中间几个百分点的损耗主要还是受光学损失和电学损失的影响。

　　而BC类电池通过把栅线放置到电池反面、表面刻蚀，形成绒面等方式减少了电池的效率损失，同时某种程度上也提升了光电转换效率的上限。

　　而最令人的担心的成本问题，这也曾是过去制约BC电池发展的重要因素。BC技术中的IBC电池涉及到的光刻工艺成本非常高，但在近年激光图形化技术突破后，BC电池就已经为降本难题交上了一份满意的答卷。

　　经过隆基的技术研判，未来5年-6年，BC类电池会是晶硅电池的绝对主流，并且接下来隆基大量产品都会走向BC技术路线。

　　在近百年的发展下，太阳能电池的历史也可以看作是世界科学发展的缩影，从科学原理到技术的研发，从实验室走向真正的量产。真正可贵的并非仅是科学的进步，更是背后人类智慧与探索精神的体现。