“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”?！肮馍亍毙?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。

（L'effet photovolta?que est le principe de la production d'énergie photovolta?que, et sa découverte permet à l'homme d'utiliser l'énergie solaire pour produire de l'électricité. En 1839, lors d'une expérience de physique à becquerel, en France, l'effet photovolta?que a été découvert. En 1954, Bell Labs a mis au point avec succès la première cellule solaire au silicium de valeur pratique. Le New York Times a qualifié cette percée de ? début d'une nouvelle ère où le soleil infini sert la civilisation humaine ?. L'effet photovolta?que est défini comme un semi - conducteur dans lequel l'énergie photonique excite les électrons liés dans la bande de Valence à travers l'écart de bande jusqu'à ce que la bande de conduction devienne des électrons libres et laisse des trous dans la bande de Valence pour former des paires d'électrons de trou, ce qui modifie la concentration du support du matériau. Dans le cas d'un circuit externe connecté, les porteurs minoritaires d'électrons et de trous se déplacent dans une direction spécifique sous l'action conjointe de la diffusion et du champ électrique intégré de la jonction PN, générant ainsi un courant électrique.

Le choix des matériaux semi - conducteurs est le principal facteur qui détermine l'efficacité des cellules photovolta?ques. La largeur de bande interdite du matériau de la batterie semi - conductrice détermine son courant de court - circuit et sa tension de circuit ouvert. Le courant de court - circuit augmente avec la largeur de bande interdite et la tension de circuit ouvert diminue avec la largeur de bande interdite. Par conséquent, la largeur de bande interdite applicable au matériau de la batterie photovolta?que doit avoir une plage appropriée. Lorsque la largeur de bande interdite du matériau de la batterie est de 1,1 - 1,6ev, son efficacité théorique de conversion photoélectrique peut atteindre 29,43%. à l'heure actuelle, les matériaux utilisés comme cellules photovolta?ques sont principalement des matériaux du Groupe principal III - V dans le tableau périodique des éléments, y compris le silicium, l'arsénide de gallium, le cuivre, l'indium, le gallium et le sélénium, le tellure de cadmium et les cellules à composés organiques qui se développent rapidement Au cours des dernières années. Compte tenu des propriétés électriques, de la sécurité, de l'abondance des ressources, de la non - toxicité et de l'innocuité de divers matériaux, le silicium est devenu un matériau de batterie largement utilisé dans l'industrie photovolta?que.



La perte optique et la perte électrique sont deux facteurs importants qui influent sur l'efficacité des cellules photovolta?ques. Bien que l'efficacité théorique de la cellule de silicium puisse atteindre 29,43%, l'efficacité maximale de conversion de la cellule de silicium en laboratoire est actuellement de 26,3%, principalement en raison des pertes optiques et électriques.



La perte optique est principalement due à la perte de réflexion de la surface du matériau. Y compris la réflexion du verre de montage, la réflexion de la surface avant et de la surface arrière de la batterie, l'occlusion de la ligne de grille de la batterie, etc. à l'heure actuelle, les principales méthodes de réduction des pertes optiques comprennent: (1) l'utilisation d'un verre photovolta?que laminé ultra - blanc à haute perméabilité. Réduire la réflectivité par un film réducteur, comme un film réducteur de verre, un film réducteur de nitrure de silicium sur la surface de la batterie. La surface de la plaquette de silicium doit être corrodée par des produits chimiques pour former du duvet et augmenter l'effet de piégeage de la lumière. Augmenter le rapport hauteur / largeur de la ligne de grille de la batterie et réduire la perte d'occlusion de la ligne de grille, par exemple en utilisant la technologie de la batterie Multi - grille et IBC.



La principale raison de la perte électrique est la recombinaison des matériaux semi - conducteurs à l'intérieur et à la surface. Les paires d'électrons de trou excités par des photons ne contribuent à la conversion photoélectrique que près de PN, et les porteurs produits trop loin de la jonction PN se recombinent probablement avant de se déplacer vers l'électrode du dispositif. Plus le taux de recombinaison est faible, plus la tension en circuit ouvert est élevée, plus l'efficacité de conversion photoélectrique est élevée. Avec l'amélioration continue de la qualité des plaquettes de silicium, la perte composite de surface des cellules de silicium cristallin devient un facteur clé pour limiter l'amélioration de la limite supérieure de l'efficacité des cellules. Les principales raisons de la recombinaison sont d'abord liées aux défauts internes et aux impuretés du matériau lui - même. Par exemple, la durée de vie du silicium monocristallin est meilleure que celle du silicium polycristallin, et le type n est meilleur que le type p. Deuxièmement, la diffusion à haute concentration introduit un grand nombre de centres composites sur la surface avant de la cellule. En changeant la structure de la Cellule photovolta?que, en recuit et en passivant l'hydrogène, en introduisant un film de passivation et un film de tunnel, la durée de vie des porteurs photogénérés dans les semi - conducteurs peut être prolongée efficacement, en réduisant la recombinaison et en augmentant l'efficacité de conversion photoélectrique. Par conséquent, l'utilisation de plaquettes de silicium de type N pour changer la structure de la cellule (topcon, hjt) est un moyen efficace de réduire les pertes électriques.
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