根据晶硅太阳能电池的工作原理，要实现高转换效率（η=FF*Voc*Jsc/Pin）需要高的填充 因子（FF）、开路电压（Voc）和短路电流密度（Jsc）。目前产业化主要是通过增大光生电流如 IBC、HBC 电池（增加光照面积，提高 Jsc） ，以及提高少子寿命如异质结、TOPCon（优化钝 化性能，提高 Voc）实现。
（一）主要新型高效电池介绍
异质结电池（Heterojunction，HJT）：由两种不同的材料组成，即在晶硅和非晶硅薄膜之 间形成 PN 结，因此它兼具晶硅电池优异的光吸收性能和薄膜电池的钝化性能。具体是在 N 型晶 体硅片正反两面依次沉积厚度为 5-10nm 的本征和掺杂的非晶硅薄膜，以及透明导电氧化物 (Transparent Conductive Oxide，TCO) 薄膜，从上到下依次形成了 TCO-N-i-N-i-P-TCO 的对称结构。
隧穿氧化钝化接触电池（Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon）：前表面与 N-PERT 电池没有本质区别，主要区别在于采用超薄二氧化硅（SiO2）隧道层和掺杂非晶硅钝化背面。其 中 SiO2 厚度 1-2nm，可使多子隧穿通过同时阻挡少子复合；掺杂的非晶硅厚度 20-200nm，经 过退火工艺使非晶硅重新结晶为多晶硅，可同时加强钝化效果，避免了在钝化膜上激光开槽，能有效减少少子复合，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高电池效率。
交叉背接触或全背电极接触电池(Interdigitated Back Contact，IBC)：前表面是 N+的前场 区 FSF 和 SiNx 减反层，背表面为交叉排列的 P 区和 N 区，正面无金属栅线电极遮挡，因此可 以更高的短路电流。IBC 电池工艺的难点是背面交叉分布的 P 区和 N 区，以及背部金属电极的 制作。
异质结背接触电池（Heterojunction Back Contact，HBC）：将 HJT 非晶硅薄膜技术应用 于 IBC 电池结构，可同时获得高的短路电流和开路电压。2016 年、2017 年日本 Kaneka 公司研 发的 HBC 电池分别创下 26.33%和 26.63%的转化效率世界纪录。该电池正面无金属电极遮挡， 背部 P、N 区呈现交叉排列，本征非晶硅薄膜（i:a-Si）作为双面钝化层，具有优异的钝化效果。
双/多结叠层电池（Tandem / Multi-junction）：将带隙不同的两个或多个子电池按带隙大小依次串联在一起. 当太阳光入射时, 高能量光子先被带隙大的子电池吸收, 随后低能量光子再被 带隙较窄的子电池吸收，既增加了对低能量端光谱的吸收率，又降低了高能量光子的能量损失， 可以显著提高电池效率。PERC、HJT 等均为单结电池，理论极限效率仅为 29.43%，而由钙钛 矿（Perovskite）和晶体硅构成的双结叠层电池理论效率最高可提高到 43%，是未来太阳能电池 效率大幅提升的重要技术路线。
根据ISFH的测算，PERC、HJT、TOPCon电池的理论极限效率分别为24.5%、27.5%、28.7%，其中TOPCon十分接近单结电池的极限效率29.43%。目前PERC、HJT、TOPCon电池的最高效率纪录依次为24.06%（隆基）、25.11%（汉能）、25.70%（Fraunhofor）， 平均量产效率依次为22.5%、23.7%、23.5%左右，其中HJT和TOPCon效率均处于起步阶段，未来具有非常大的提升空间。
（二）新型高效电池量产工艺比较
目前实现小规模量产（>1GW）的新型高效电池主要包括TOPCon、HJT和IBC三种，HBC、叠层电池暂时还处于实验室研发阶段。从生产工艺来看，IBC电池工艺最难最复杂，TOPCon次之，HJT电池工艺最简单、步骤最少（核心工艺仅4步）。从生产设备来看，TOPCon电池兼容 性最高，可从PERC/PERT产线升级，IBC次之，HJT电池完全不兼容现有设备，需要新建产线。
1）TOPCon电池采用N型硅片，需要在PERC产线上增加硼扩设备，背面的SiO2隧穿层 和掺杂多晶硅层，分别采用原位热氧和原位掺杂的方式在 LPCVD（低压化学气相沉积） 中沉积，因此还需要在 PERC 产线上增加 LPCVD 和湿法刻蚀设备。
2）HJT电池由于采用晶硅/非晶硅异质结结构（PN结由不同材料构成），最高工艺温度不 能超过非晶硅薄膜形成温度（<200℃），因此在后续采用低温固化工艺替代高温烧结。低温工艺对设备、工艺、材料和洁净度提出更高的要求（高温工艺可吸除杂质），因此 需要重新新建产线，且相关设备投资成本较高，是PERC的2~4倍。但是HJT电池天 然的对称结构有利于自动化生产，减少生产步骤，更适合大规模生产。
3）IBC电池需要在背面制成交叉分布的P区和N区，增加了制作掩膜和激光开槽两道工序，同时由于掺杂区面积较小，采用 PERC 工艺中的热扩散炉不易控制精度，需要使用半导 体生产中的离子注入工艺，提高了生产的技术门槛和成本。
（三）新型高效电池经济性分析
在目前可量产的新型高效电池中，HJT电池的设备投资成本最高，约为5~10亿元/GW，而PERC仅需2.5~3亿元/GW，HJT电池设备成本为PERC投资成本的2~4倍。
TOPCon电池与PERC产线兼容度高，可从PERC产线改造升级，改造成本为0.5~1 亿元/GW左右，新建产线设备投资成本约3~3.2亿元/GW，较PERC 高 20%~30%左右，是目前初 始投资成本最低的 N 型高效电池之一。
（四）新型高效电池量产情况
目前各大电池厂商均有布局TOPCon、HJT、IBC电池，不过产线规模大部分都为MW级别，以中试线居多，形成量产稳定供货的企业比较少。
1）TOPCon 电池产能主要以原有 PERC/PERT 电池厂商布局为主，2019年新扩产PERC产线大都预留了升级空间。国内目前中来股份已具有2.4GW的量产产能，2019年天合光能发布TOPCon组件新产品，未来产能有望进一步提升；海外方面，LG和REC在TOPCon技术均有量产产能（>1GW） 。
2）HJT电池早期产能主要以松下、汉能、晋能、钧石、中智为主，但产能规模都在100MW左右，近两年随着异质结投资受到关注，通威、爱康、彩虹、山煤国际等新入企业纷纷宣布了GW级别的产能规划。截止到2019年底，HJT已规划产能已超过30GW，但实 际落地产能仅合计2GW左右。
3）IBC电池目前仅有Sunpower（>1GW）和黄河水电（>200MW）实现量产供货，其他 厂商目前仍处于研发阶段。
文章摘选自华金证券报告《回顾光伏行业变革，展望未来高效之路》
