突破27%效率！天合光能硅異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)揭秘，逼近理論極限

在追逐太陽(yáng)能電池29.4%理論效率極限的征程中，中國(guó)力量再次取得里程碑式突破。近日，天合光能研發(fā)團(tuán)隊(duì)在頂級(jí)期刊 Nature Communications 上發(fā)表論文，宣布其硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池效率經(jīng)認(rèn)證突破27.0%，并成功打造效率高達(dá)25.44%的大面積組件，其核心性能指標(biāo)“電池-組件效率轉(zhuǎn)換比率”更是達(dá)到了驚人的98.6%。這一成果不僅刷新了行業(yè)紀(jì)錄，更展示了通向理論極限的清晰技術(shù)路徑。

一、研究背景與挑戰(zhàn)

追求更高的光電轉(zhuǎn)換效率，是光伏技術(shù)發(fā)展的永恒主題。近年來(lái)，硅異質(zhì)結(jié)技術(shù)因其卓越的鈍化效果，成為沖擊效率極限的明星。然而，走向產(chǎn)業(yè)化之路面臨兩大核心挑戰(zhàn)：

• 效率與成本的平衡：實(shí)驗(yàn)室的高效率通常依賴耗時(shí)漫長(zhǎng)的精細(xì)工藝，難以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的節(jié)奏和成本控制。

• “實(shí)驗(yàn)室效率”與“組件效率”的差距：一個(gè)優(yōu)秀的電池在封裝成組件后，往往因光學(xué)和電學(xué)損失而導(dǎo)致性能大幅下降。如何將電池的高性能“無(wú)損”地傳遞到組件中，是行業(yè)公認(rèn)的難題。

二、研究亮點(diǎn)

天合光能的這項(xiàng)研究，正是在解決上述挑戰(zhàn)中取得了突破，其三大亮點(diǎn)尤為突出：

• 亮點(diǎn)一：27.0%的電池效率與87.06%的超高填充因子 研究團(tuán)隊(duì)在210mm大尺寸矩形硅片上，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)證效率27.0%，并獲得了高達(dá)87.06%的填充因子，體現(xiàn)了電池優(yōu)異的導(dǎo)電和鈍化水平。

• 亮點(diǎn)二：98.6%的電池-組件轉(zhuǎn)換比率 這是本文最引人矚目的成就之一。通常，電池封裝成組件后會(huì)有3-5%的功率損失。而該研究將這一損失壓縮至極低的水平，最終實(shí)現(xiàn)了25.44%的認(rèn)證組件效率，證明了該技術(shù)具備無(wú)與倫比的產(chǎn)業(yè)化潛力。

• 亮點(diǎn)三：徹底消除關(guān)鍵性復(fù)合損失 團(tuán)隊(duì)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，成功將困擾業(yè)界多年的J02復(fù)合電流密度降至幾乎為0，這是實(shí)現(xiàn)超高開路電壓和填充因子的物理基礎(chǔ)。

三、核心機(jī)理

如此優(yōu)異的性能，源于兩項(xiàng)核心的材料與工藝創(chuàng)新：

• 背面拋光技術(shù)：傳統(tǒng)電池背面是粗糙的絨面結(jié)構(gòu)，雖然有利于光吸收，但也存在大量缺陷，成為載流子復(fù)合的“陷阱”。研究團(tuán)隊(duì)借鑒了PERC和TOPCon技術(shù)中的拋光理念，通過(guò)精確控制堿性溶液的腐蝕時(shí)間，在電池背面形成了一個(gè)高度平整的表面。平整的表面為后續(xù)沉積高質(zhì)量的鈍化薄膜提供了理想基底，顯著降低了表面復(fù)合。

• 漸進(jìn)式RF/VHF PECVD納米晶硅工藝：納米晶硅層是實(shí)現(xiàn)高效鈍化和導(dǎo)電的關(guān)鍵。研究團(tuán)隊(duì)摒棄了單一頻率的沉積方法，創(chuàng)新性地采用射頻先“打底”、甚高頻主“生長(zhǎng)”的漸進(jìn)式沉積法。RF等離子體溫和，利于形成均勻致密的晶核層；VHF等離子體則能快速實(shí)現(xiàn)納米晶硅的高質(zhì)量生長(zhǎng)。這種“剛?cè)岵?jì)”的工藝，在保證高速沉積的同時(shí)，獲得了結(jié)晶度更高、缺陷更少的納米晶硅薄膜。

四、機(jī)理驗(yàn)證與對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證其技術(shù)的優(yōu)越性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了詳盡的測(cè)試與對(duì)比。

• 性能驗(yàn)證：獨(dú)立的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)ISFH CaITec和Fraunhofer ISE分別對(duì)電池和組件進(jìn)行了性能認(rèn)證，數(shù)據(jù)確鑿可信。

• 損失分析：通過(guò)對(duì)電池到組件的功率損失進(jìn)行精細(xì)拆解，發(fā)現(xiàn)其串聯(lián)電阻損失極低，特別是正面柵線的電阻損失控制得非常好，這得益于其優(yōu)化的電極設(shè)計(jì)和 Smart-wire 互聯(lián)技術(shù)。

• 行業(yè)標(biāo)桿對(duì)比：文章將自身成果與目前公開發(fā)表的最高效率記錄（如隆基的HBC、Maxwell的SHJ等）進(jìn)行了全面對(duì)比。結(jié)果顯示，天合光能的SHJ電池在VOC × FF這一核心乘積項(xiàng)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，且其宣稱的高效率有著極高的電池-組件轉(zhuǎn)換比率作為堅(jiān)實(shí)支撐，結(jié)論更具說(shuō)服力。

五、總結(jié)與展望

本研究不僅展示了一個(gè)破紀(jì)錄的效率數(shù)字，更重要的是，它通過(guò)背面拋光和漸進(jìn)式PECVD兩項(xiàng)可規(guī)模化推廣的硬核技術(shù)，打通了從“實(shí)驗(yàn)室冠軍電池”到“產(chǎn)業(yè)化冠軍組件”的關(guān)鍵路徑。

文章最后展望，基于目前近乎完美的鈍化水平（J01和J02均降至極低）和低電阻損失，硅異質(zhì)結(jié)前背接觸技術(shù)是逼近29.4%理論極限的最有希望的載體。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化光陷阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)用更先進(jìn)的電極技術(shù)，團(tuán)隊(duì)預(yù)見在不久的將來(lái)，電池效率有望突破28.4%，組件效率有望突破27%，為光伏產(chǎn)業(yè)的下一代技術(shù)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

Zhigang Xie, Haijiang Lu, Guangtao Yang, et al. 27%-efficiency silicon heterojunction cell with 98.6% cell-to-module ratio driving new momentum towards the 29.4% limit. Nat. Commun. 16, 9421 (2025).