目前P型晶硅電池占據(jù)晶硅電池市場的絕對份額。然而，不斷追求效率提升和成本降低是光伏行業(yè)永恒的主題。N型單晶硅較常規(guī)的P型單晶硅具有少子壽命高、光致衰減小等優(yōu)點(diǎn)，具有更大的效率提升空間，同時，N型單晶組件具有弱光響應(yīng)好、溫度系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。因此，N型單晶系統(tǒng)具有發(fā)電量高和可靠性高的雙重優(yōu)勢。

根據(jù)國際光伏技術(shù)路線圖（ITRPV2015）預(yù)測：隨著電池新技術(shù)和工藝的引入，N型單晶電池的效率優(yōu)勢會越來越明顯，且N型單晶電池市場份額將從2014年的5%左右提高到2025年的35%左右。本文論述了N型單晶硅及電池組件的優(yōu)勢，并介紹了各種N型單晶高效電池結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，及相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化前景。

1.引言

由于晶硅太陽電池成熟的工藝和技術(shù)、高的電池轉(zhuǎn)換效率及高達(dá)25年以上的使用壽命，使其占據(jù)全球光伏市場約90%份額。理論上講，不管是摻硼的P型硅片還是摻磷的N型硅片都可以用來制備太陽能電池。但由于太陽能電池是基于空間航天器應(yīng)用發(fā)展而來的，較好的抗宇宙射線輻照能力使得P型晶硅電池得到了充分的研究和空間應(yīng)用。

技術(shù)的延續(xù)性使目前地面用太陽能電池90%是摻硼P型晶硅電池。而且，研究還發(fā)現(xiàn)N型晶硅電池由于p+發(fā)射結(jié)均勻性差導(dǎo)致填充因子較低，并且長期使用或存放時，由于發(fā)射結(jié)表面鈍化不理想等原因電池性能會發(fā)生衰退。另外，B2O3的沸點(diǎn)很高，擴(kuò)散過程中始終處于液態(tài)狀態(tài)，擴(kuò)散均勻性難以控制，且與磷擴(kuò)散相比，為了獲得相同的方塊電阻要更長的時間和更高的溫度，導(dǎo)致材料性能變差。所以與在N型硅片上形成摻硼p+發(fā)射結(jié)在工業(yè)生產(chǎn)中比較困難。

然而，地面應(yīng)用并不存在宇宙射線輻照的問題，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，原來困擾N型晶硅電池的發(fā)射結(jié)濃度分布、均勻性、表面鈍化等技術(shù)難題已經(jīng)解決。隨著市場對電池效率的要求越來越高，P型電池的效率瓶頸已越發(fā)明顯。N型晶硅電池由于其高少子壽命和無光致衰減等天然優(yōu)勢，具有更大的效率提升空間和穩(wěn)定性，成為行業(yè)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。

根據(jù)圖1和2國際光伏技術(shù)路線圖ITRPV2015的預(yù)測，隨著背接觸（BC）、異質(zhì)結(jié)（HIT）等電池新結(jié)構(gòu)，及激光、離子注入等新技術(shù)的引入，N型單晶電池的效率優(yōu)勢會越來越明顯，且單晶硅在今后幾年的市場份額會逐步新增，到2025年將超過多晶硅，占據(jù)光伏市場份額首位，其中80%以上為N型單晶。表1列舉了Panasonic，SunPower，Sharp不同電池結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的電池轉(zhuǎn)化效率記錄，大面積HBC電池最高效率已達(dá)到25.6%，展現(xiàn)了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖1ITRPV2015晶硅電池效率預(yù)測

圖2ITRPV2015不同類型硅片市場份額預(yù)測

表1部分機(jī)構(gòu)N型單晶電池的最高轉(zhuǎn)換效率

本文論述了n型單晶硅及電池組件的優(yōu)勢，并介紹了各種N型單晶高效電池結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化前景。