隨著石油可開採量逐漸見底和生態環境日益惡化，人們越來越企盼太陽能發電時代的到來。
太陽能
電池是一種利用光伏效應將太陽光能直接轉換為電能的電子器件。所謂光伏效應(photovoltaic effect)是指當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。1839年法國物理學家貝克勒爾(Becquerel)首次在液體中發現了這種效應，他觀察到浸入電解液中的兩電極間電壓隨光照強度發生變化的現象。1883年，科學家們又在半導體硒和金屬接觸界面發現了固體光伏效應。在此後相當長的一段時間內，由於這些光伏器件的光電轉換效率太低，實際上不可能用來發電，因此對光伏效應的研究僅僅停留在純科學研究的興趣上。
第一個實用的半導體單晶矽太陽能電池出現在1954年。美國貝爾實驗室的Chapin等人使用
晶體矽P-N擴散結製成了世界上第一個光電轉換效率為6%單晶矽太陽能電池。兩年後的1956年，單晶矽太陽能電池的光電轉換效率提高到約10%。由於晶體矽太陽能電池具有效率高、壽命長、性能可靠的優點，使利用太陽能電池發電有了現實的基礎和可能性。1958年美國海軍發射了第一個以太陽能電池供電的人造地球衛星，這標誌著太陽能電池應用開始走向實用化。從那以後，太陽能電池成為外層空間產生電力的標準方法，被廣泛地應用到人造衛星、宇宙飛船和星際空間站上。
進入21世紀以來，在石油可開採量逐漸見底和生態環境日益惡化這兩大危機的嚴重衝擊下，人們越來越企盼太陽能發電時代的到來。各國政府日益重視太陽能行業的發展，在新能源政策的大力扶持下，從2004年開始光伏太陽能電池產業迎來了快速發展期。目前全球光伏市場增長最快的分別為德國、中國和美國。中國太陽能電池產量均以100%以上的年增長率快速發展，2012年光伏組件的產能為37GW，產量為21.1GW，佔全球的54%，其中99%都是晶體矽電池。中國從2007年連續7年成為全球最大的太陽能電池製造國。
晶體矽太陽能電池相對成熟單晶矽電池具有轉換效率高、穩定性好等特性，但是成本較高。
晶體矽太陽能電池通常是指利用200微米左右厚的矽片製成的太陽能電池。矽是地殼上最豐富的元素半導體，它的能隙寬度為1.12 eV。從能量轉換效率來看，能隙為1.1eV～2.0 eV的半導體材料較適於製作太陽能電池。因此矽是一種較理想的太陽能電池材料。晶體矽太陽能電池主要優點是：一是高的電池轉換效率，二是優秀的工作穩定性，三是高於25年的工作壽命，四是來自微電子工業技術的支持，五是電池製備技術發展成熟。由於這些優異特性，2012年晶體矽電池已佔全球光伏市場約90%的份額。
晶體矽又分為單晶矽和多晶矽。單晶矽電池轉換效率高，穩定性好，但是成本較高。目前單晶矽電池效率的實驗室世界記錄是25%，這是由澳大利亞新南威爾斯大學在1998年創造的。多晶矽電池成本低，轉換效率也略低於單晶矽太陽能電池，目前多晶矽電池實驗室效率世界記錄是20.4%。多晶矽中的各種結晶缺陷和金屬雜質是造成電池光電轉換率降低的原因。目前，大規模工業化生產的單晶矽電池的光電轉換效率約在18.5%～19.5%之間，而多晶體矽電池的光電轉換效率約在17%～18%之間。
提高光電轉換率是降本關鍵目前研發的高效率晶體矽太陽能電池的種類較多，具有代表性的是IBC、HIT、PANDA。
降低光伏發電成本的核心技術是提高太陽能電池的光電轉換效率。根據測算，太陽能電池的光電轉換效率每提高一個百分點，將使太陽能電池組件的成本降低7%左右。晶體矽太陽能電池效率與電池的結構密切相關，同時太陽能電池的結構也決定著電池的製造成本。目前研發的高效率晶體矽Si太陽能電池的種類較多，有代表性的三種高效率太陽能電池結構是：交指式背接觸(IBC)太陽能電池，非晶Si/N-Si異質結(HIT)太陽能電池，普通電池結構「PANDA」太陽能電池。
1.交指式背接觸的太陽能電池
美國Sunpower公司研發了交指式背接觸的太陽能電池的結構(Interdigitated Back Contact，稱為IBC結構)。IBC太陽能電池顯著的特點是前表面沒有銀柵線電極，PN結及電極均位於電池背面，極大降低了柵線對太陽光遮擋損失。目前IBC電池的實驗室最高效率達到了24.2%，產業化電池效率在22%左右。由於電池發電的P-N結位於電池背面，IBC電池需要Si材料的少數載流子擴散長度遠大於Si片厚度。高質量Si襯底要求及複雜製備工藝，使產業化的IBC電池的製備成本很高。
2.非晶矽Si/N-Si異質結太陽能電池
日本三洋公司研發了非晶Si/N-Si異質結結構電池。由於在異質結界面插入一層本徵非晶Si薄層，所以這類太陽能電池的結構也稱為「具有本徵Si層的異質結」電池，簡稱HIT電池。通過插入薄本徵非晶矽層，降低了太陽能電池的界面態密度，從而減少了複合電流，提高電池轉換效率。HIT太陽能電池具有低的製備溫度，高的轉換效率以及前面和背面都可以吸收太陽光的雙面電池設計。2013年初HIT電池實驗室最高效率達到了24.7%，規模化生產效率在21%左右。由於HIT電池製備工藝及設備與普通的P-型Si太陽能電池的生產不相兼容，處理工藝過程複雜，與IBC電池一樣具有高的製備成本。
3.高效率PANDA(熊貓)電池
中國
英利集團研發的高效率PANDA(熊貓)電池兼顧了低成本和高效率的優點。與規模化生產的IBC、HIT電池結構和技術相比，這種電池與普通的P型矽電池結構相同，具有結構簡單、製備成本低、工藝流程短、與現有生產線相兼容和容易實現大規模產業化的優點。PANDA電池主要技術特點包括：1.太陽能電池採用雙面發電設計，能夠接收從正面和背面進入電池的光線從而實現雙面發電，比同類電池能產生更多的電能;2.採用細密柵線設計，減小柵線的遮擋光面積，提高電池的短路電流;3.前表面和背面柵線的分別優化燒結工藝，高的電池填充因子。目前在6英寸(156mm×156mm)的大面積Si片上，實驗室電池的效率已達到20.1%，大規模產業化平均電池效率達到了19.5%，是全球單片面積最大的高效晶體矽太陽能電池，使英利成為全球三個能夠大規模生產高效率N-Si太陽能電池的公司之一。
7大途徑提升光電轉換率
晶體矽電池佔據了太陽能電池市場的主導地位，其製備技術代表著整個光伏電池工業的製備技術水平。
今後，晶體矽電池的研發重點是實現低成本下的高效率。提高矽電池的光電轉換效率的主要途徑包括：1.減少電池表面柵線遮光率，以增加電池的有效受光面積;2.製備良好的絨面和減反射膜以降低電池表面光反射損失;3.在電池背面形成良好的背電場，以降低背表面的複合速率;4.採用高的發射極方塊電阻，以提高電池的短波長光譜響應;5.採用選擇性發射極結構(既在電極柵線下及其附近形成高摻雜深擴散區，而在其它區域形成低摻雜淺擴散區)，降低內部和表面複合損失和接觸電阻;6.採用背面金屬點接觸結構，以進一步降低背表面的複合損失，提高電池的長波長光譜響應;7.使用N型矽襯底代替P型矽襯底，由於N型矽有高的少數載流子壽命和對某些金屬雜質的不敏感性，使N型矽電池有高的穩定性和效率。
總之，晶體矽電池已佔據了太陽能電池發展和市場的主導地位，其製備技術代表著整個光伏電池工業的製備技術水平，至少在未來15～20年內將持續這種優勢地位。
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