【视角】从内部构造分析单、多晶电池性能差异

一、晶硅太阳能电池的分类

晶硅太阳能电池从结构来分，分为P型和N型(详细内容请参考：P型和N型电池结构的详细介绍)。目前主流的电池多为P型，其电池片结构如图1所示：一般以P型Si作为基底，表面扩散磷形成PN结，外面再镀一层减反射膜。PN结是太阳能电池的关键结构，PN结品质的好坏直接决定电池光电转换能力的高低。

图1：P型晶硅电池结构示意图

晶硅太阳能电池从制造工艺来分，又分为单晶硅电池和多晶硅电池。

单晶硅片来自于单晶硅硅棒切割，硅棒采取类似蓝宝石等单晶材料的生长方式。因此，其原子排列短程有序、长程也有序，得到的半导体杂质、缺陷相对较少，但相应的成本也更高。

多晶硅片来自于多晶硅铸锭切割，硅锭的工艺路线类似钢铁材料。因此，其原子排列仅短程有序，存在晶界。

图2：单、多晶硅晶格示意图

图3：多晶材料晶界示意图

二、单、多晶硅太阳能电池的差异

1PN结构造的差异

单晶硅片因具有完美的晶体结构，易制备高品质的PN结。

多晶硅片由于内部晶界、缺陷、杂质等的大量存在，会影响PN结本身的品质，导致PN结内部旁路的增加，电池外在电性能则表现为开路电压，填充因子的下降，并联电阻的降低。

图4：多晶硅扩散后获得的PN结，因晶界存在导致漏电流高于单晶

2少子寿命的差异

单晶硅片完美的晶体结构，极低的缺陷密度和杂质含量，使其具有更高的少子寿命，即光照产生的正电荷和负电荷具有较长的寿命，在被PN结分离前及输运至电极的过程中不会消失(被杂质、缺陷捕获)，而后被分离的正负电荷，经由电极收集输出，形成电流。电池外在电性能表现为电流的上升，效率的提高。

多晶硅片中的少子寿命则相对较低，光照所激发的正负电荷很快复合在一起并释放出能量，相比单晶，光能更多的转化为热能而非电能。单、多晶硅片的少子寿命分布 如图5所示。红色表示少子寿命短，蓝色表示少子寿命长。

图5：单、多晶硅片的少子寿命分布图

3转换效率的差异

单晶在转换效率方面优势更明显，尤其PERC技术的量产，对于单晶效率的提升显著。另外，从产业技术趋势来看，单晶技术路线相对其他技术路线拥有更高的转换效率和更大的效率提升空间。图6为2015国际光伏技术路线图。

图6：国际光伏技术路线图(2015版)