“光生伏特”效应是光伏发电的原理，它的发现使人类利用太阳能发电成为可 能。1839年法国贝克勒尔做物理实验时，发现了“光生伏特效应”。1954年，贝尔 实验室研制成功第一个实用价值的硅太阳能电池，纽约时报把这一突破性的成果 称为“无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始”。“光生伏特”效应指的是半导体在受到光照的条件下，光子能量激发价带内的 束缚电子穿过禁带到达导带成为自由电子，并在价带中留下空穴，形成为空穴电子对，从而改变了材料的载流子浓度。在有外电路接入的情况下，电子和空穴 少数载流子在扩散作用和 PN 结内建电场的共同的作用下按照特定的方向移动， 从而产生电流。

半导体材料的选择是决定光伏电池效率的主要因素。半导体电池材料的禁 带宽度决定了其短路电流和开路电压，其中短路电流随着禁带宽度的减小而增加， 开路电压随着禁带宽度的减小而降低，因此适用于光伏发电材料的禁带宽度应当 有一个合适的范围，当电池材料的禁带宽度在 1.1-1.6eV 时，其理论光电转换效 率能够达到 29.43%。目前可用做光伏电池的材料主要是元素周期表中 III-V 主族 材料，包括硅材料、砷化镓、铜铟镓硒，碲化镉以及近年来发展比较快的有机化 合物电池等。综合各种材料的电学性能，安全性，资源丰富性，无毒无害性等各 种因素，硅材料成为目前光伏行业中普遍使用的电池材料。

光学损失和电学损失是影响光伏电池效率的两大重要因素。尽管硅材料的 理论电池效率能够达到 29.43%，但是目前在实验室中硅电池的最高转化效率为 26.3%，主要是受光学损失和电学损失的影响。

光学损失产生的主要原因是材料表面的反射损失。包括组件玻璃的反射， 电池前表面和背表面的反射，电池栅线的遮挡等等。目前减少光学损失的主要方 法包括：（1）使用超白高透的压延光伏玻璃。（2）通过减反膜降低反射率，例 如玻璃减反膜，电池表面的氮化硅减反膜。（3）利用化学药品对硅片表面进行 腐蚀，形成绒面，增加陷光作用。（4）增加电池栅线高宽比，减少栅线遮挡损 失，例如使用多主栅以及 IBC 电池技术。

电学损失产生的主要原因是半导体材料体内及表面的复合。光子激发的空 穴电子对只有在 PN 附近才会对光电转换作出贡献，在距离 PN 结太远处产生的 载流子，很有可能在移动到器件的电极之前就发生复合。半导体中复合率越低， 开路电压 Voc 越高，光电转换效率就越高。随着硅片质量的不断提高，低成本薄 片化的进程使得晶硅电池表面复合损失成为制约电池效率上限提升的关键因素。产生复合的主要原因首先跟材料本身的内部缺陷以及杂质等相关，例如单晶硅少 子寿命要优于多晶硅，N 型要优于 P 型；其次是由于高浓度的扩散在电池前表面 引入大量的复合中心，通过改变光伏电池的结构，退火氢钝化以及引入钝化膜， 隧穿膜等方式，可以有效延长半导体内光生载流子寿命，减少复合，从而提高光 电转化效率，因此使用 N 型硅片，改变电池结构（TOPcon, HJT）是降低电学损失的有效方式。

（L'effet photovoltaïque est le principe de la production d'énergie photovoltaïque, 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 photovoltaïque 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 photovoltaïque 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 photovoltaïques. 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 photovoltaïque 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 photovoltaïques 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 photovoltaïque.



La perte optique et la perte électrique sont deux facteurs importants qui influent sur l'efficacité des cellules photovoltaïques. 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 photovoltaïque 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 photovoltaïque, 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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