叠层潜力巨大，晶硅叠层+钙钛矿叠层双向并行
思瀚产业研究院    2024-05-21

高理论效率且契合当下产能结构是叠层电池最大的优势。单结晶硅太阳电池的转换效率正在接近 29.4％的肖克利奎伊瑟极限(Shockley–Queisser limit) ，提高单结晶硅太阳电池的转换效率在当下及未来将变得非常困难，结合当下晶硅电池产业化程度极为成熟的背景，叠层电池应运而生，原理是通过使用具有不同带隙的吸收材料来吸收不同能量的光子。钙钛矿太阳电池对光的吸收能力强，光谱吸收范围广，可以吸收全光谱可见光。

钙钛矿太阳电池与晶硅太阳电池的串联叠层，将充分吸收太阳光，突破单结电池的效率极限。自 2015 年钙钛矿/晶硅叠层太阳电池首次被提出，其能量转换效率从初始的 13.7％快速提升到目前的 33.9％。钙钛矿/晶硅叠层电池的物理本质是一种半导体串联器件，能够满足光伏行业对太阳电池效率的不断追求和长久发展。

带隙不同的叠层电池能充分减少热损失，反式钙钛矿更适合叠层。两端钙钛矿晶硅叠层电池的工作原理是利用宽带隙钙钛矿材料在顶部吸收部分可见光和短波光，透过顶电池的部分可见光和长波光被硅底电池材料吸收，减少短波光子的热损失，充分利用太阳光谱，提高光伏器件的转换效率。另外，n-i-p 型的正式钙钛矿电池在叠层电池中由于没有发现拥有高透过性的空穴传输材料，电流损失较大，效率提升困难。因此叠层电池一般使用 p-i-n 型的反式钙钛矿电池。

异质结叠层钙钛矿：钙钛矿电池能吸收高能量的紫外和蓝绿可见光。而异质结电池可吸收钙钛矿材料无法吸收的红外光。异质结电池本身理论效率略高于 TOPCon，且低温制造、具有透明导电氧化物(TCO) 层，可与钙钛矿叠层完美适配，改造难度小，同时 HJT本身为对称结构可以兼容正式和反式钙钛矿电池。因此钙钛矿/晶硅异质结叠层太阳电池是目前两结太阳电池领域中被产业界最为看好的。

TOPCon 叠层钙钛矿：TOPCon 正面的氮化硅与氧化铝不导电，且无 TCO 层，需要进行结构改造，加入中间复合叠层，工艺复杂程度较高。但 TOPCon 产业化成熟度高，技术成熟，产线投建及制造成本低，在性质上具备优秀的高温稳定性，能为顶层结构提供更多选择。从产业化角度来看，基于当下异质结投建及制造成本较高，TOPCon 相对异质结在叠层电池方面并无明显劣势，二者在未来数年有望同步发展。