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“光生伏特”效應(yīng)是光伏發(fā)電的原理，它的發(fā)現(xiàn)使人類利用太陽能發(fā)電成為可 能。1839年法國貝克勒爾做物理實驗時，發(fā)現(xiàn)了“光生伏特效應(yīng)”。1954年，貝爾 實驗室研制成功第一個實用價值的硅太陽能電池，紐約時報把這一突破性的成果 稱為“無限陽光為人類文明服務(wù)的一個新時代的開始”。“光生伏特”效應(yīng)指的是半導(dǎo)體在受到光照的條件下，光子能量激發(fā)價帶內(nèi)的 束縛電子穿過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶成為自由電子，并在價帶中留下空穴，形成為空穴電子對，從而改變了材料的載流子濃度。在有外電路接入的情況下，電子和空穴 少數(shù)載流子在擴(kuò)散作用和 PN 結(jié)內(nèi)建電場的共同的作用下按照特定的方向移動， 從而產(chǎn)生電流。


半導(dǎo)體材料的選擇是決定光伏電池效率的主要因素。半導(dǎo)體電池材料的禁 帶寬度決定了其短路電流和開路電壓，其中短路電流隨著禁帶寬度的減小而增加， 開路電壓隨著禁帶寬度的減小而降低，因此適用于光伏發(fā)電材料的禁帶寬度應(yīng)當(dāng) 有一個合適的范圍，當(dāng)電池材料的禁帶寬度在 1.1-1.6eV 時，其理論光電轉(zhuǎn)換效 率能夠達(dá)到 29.43%。目前可用做光伏電池的材料主要是元素周期表中 III-V 主族 材料，包括硅材料、砷化鎵、銅銦鎵硒，碲化鎘以及近年來發(fā)展比較快的有機(jī)化 合物電池等。綜合各種材料的電學(xué)性能，安全性，資源豐富性，無毒無害性等各 種因素，硅材料成為目前光伏行業(yè)中普遍使用的電池材料。

光學(xué)損失和電學(xué)損失是影響光伏電池效率的兩大重要因素。盡管硅材料的 理論電池效率能夠達(dá)到 29.43%，但是目前在實驗室中硅電池的最高轉(zhuǎn)化效率為 26.3%，主要是受光學(xué)損失和電學(xué)損失的影響。

光學(xué)損失產(chǎn)生的主要原因是材料表面的反射損失。包括組件玻璃的反射， 電池前表面和背表面的反射，電池柵線的遮擋等等。目前減少光學(xué)損失的主要方法包括：（1）使用超白高透的壓延光伏玻璃。（2）通過減反膜降低反射率，例 如玻璃減反膜，電池表面的氮化硅減反膜。（3）利用化學(xué)藥品對硅片表面進(jìn)行 腐蝕，形成絨面，增加陷光作用。（4）增加電池柵線高寬比，減少柵線遮擋損 失，例如使用多主柵以及 IBC 電池技術(shù)。

電學(xué)損失產(chǎn)生的主要原因是半導(dǎo)體材料體內(nèi)及表面的復(fù)合。光子激發(fā)的空 穴電子對只有在 PN 附近才會對光電轉(zhuǎn)換作出貢獻(xiàn)，在距離 PN 結(jié)太遠(yuǎn)處產(chǎn)生的 載流子，很有可能在移動到器件的電極之前就發(fā)生復(fù)合。半導(dǎo)體中復(fù)合率越低， 開路電壓 Voc 越高，光電轉(zhuǎn)換效率就越高。隨著硅片質(zhì)量的不斷提高，低成本薄 片化的進(jìn)程使得晶硅電池表面復(fù)合損失成為制約電池效率上限提升的關(guān)鍵因素。產(chǎn)生復(fù)合的主要原因首先跟材料本身的內(nèi)部缺陷以及雜質(zhì)等相關(guān)，例如單晶硅少 子壽命要優(yōu)于多晶硅，N 型要優(yōu)于 P 型；其次是由于高濃度的擴(kuò)散在電池前表面 引入大量的復(fù)合中心，通過改變光伏電池的結(jié)構(gòu)，退火氫鈍化以及引入鈍化膜， 隧穿膜等方式，可以有效延長半導(dǎo)體內(nèi)光生載流子壽命，減少復(fù)合，從而提高光 電轉(zhuǎn)化效率，因此使用 N 型硅片，改變電池結(jié)構(gòu)（TOPcon, HJT）是降低電學(xué)損失的有效方式。

原標(biāo)題：從光伏發(fā)電原理看新技術(shù)電池突破點