后PERC时代企业如何存活？ 谈谈必须着手储备的电池技术
前言
一日千里逆水行舟，危机意识是在光伏行业生存的第一要务 。一个企业要存活下来，技术上讲，首先需要基本工艺一点一点优化，良率一点一点往上涨，成本一分一分往下抠，质量还不能打折扣，光衰、PID、隐裂、蜗牛纹、色差这些问题，兵来要将挡，水来要土掩。等这些问题基本解决了，销量上去了，现金流足够了，温饱解决了，企业就要寻求发展。裹足于铝背场电池（BSF）肯定是坐以待毙，搞个真空镀膜装置和开孔激光，上马背钝化技术（PERC）这是标配。再有闲钱了，再升级到钝化电池家族的高端品种PERT，PERL。
按照现在的估计，这条线路下来，够活五年以上了——但然后呢？后PERC时代靠什么继续存活？希望本文能抛砖引玉，给各位提供一个思路。
基本原理与分类
为了厘情各种眼花缭乱的技术，不妨再跳出来看：光伏到底是什么东西？很简单，把光能转化成电能。从1954年贝尔实验室5%效率的电池，到今天26%效率的电池，各路所谓石破天惊的技术突破，也没能冲破光伏过程三部曲：吸光、分离正负电荷（载流子、电子空穴、阴阳离子各种说法）、最后把电荷传导出来送到外电路上做功。对应的，所谓更高级的电池，无非就是可以吸更多的光（陷光、防反增透）、能更有效分离正负电荷（优化费米能、减少复合）、能更有效的把电拉出来送到电器上（减少漏电、减少串联电阻）。
如此加以梳理，未来就很明朗了。除非有天外飞仙的基础科学的突破，否则未来的光伏电池依然会沿着这三条路走到各自的极致：
黑电池
载流子选择性(Carrier Selectivity)
最小化寄生电阻
黑电池
依赖于更接近极限的陷光减反（纳米级陷光、多层减反膜）和近乎于零遮光的新颖的电池结构层（金属穿孔电极MWT、全背接触IBC、双面电池组件）。虽然实现的工艺手段非常复杂技术含量非常高，但由于理解起来直截了当，故此处不再赘述。
MWT电池
IBC电池
载流子选择性
从物理机制上讲，更有趣的是载流子选择性这个概念，也是本文的重点。笔者曾跟众多技术大神讨教过未来电池的发展方向，而载流子选择性是大多数人的最爱，甚至有位前辈大神在喝了两盅，微醉之余，跟笔者细细倾述其中让人痴迷的“物理之美”。
能量不能生也不能灭，只能从一种形式变到另一种，从一处搬到另一处。如果要对中学生讲热力学第一定律，那光伏一定是最完美的诠释——先是把光能变成电能，再把电能从电池里搬到外电路做功。其中的核心关键，是非对称性。如果材料是均匀对称的，那么光子能量刚刚把中性的东西撬开成为正负带电体（电子和空穴），它们就会毫不犹豫的立即重新抱团（复合），根本不会乖乖的生离死别，再在外部负载上鹊桥相会（做功）。为了让极性电荷按我们的需要内部分开再外部结合， 必须首先在空间上实现电池器件的非对称，从而把不同电性的电荷推向不同的区域（正极和负极）。
实现这一目的的传统器件工艺，无论是PN结还是PIN结，都是通过掺杂来营造一个电荷的密度梯度，或者称为内建电场（这种观点虽然主流但ANU的大神Andres Cuevas不大同意），使得电子和空穴扩散或者漂移到不同的区域然后被收集起来。然而，这种电池结构受限于
寄生吸收、
重掺杂区域的俄歇复合、
SRH复合、
少子扩散长度不行
等等一大堆问题，于是25%的转换效率也就到头了。
异质结
和传统思路大相径庭的是想办法营造出对载流子具有选择性的界面（Carrier-Selective Interface），笔者一向不太习惯高逼格的东西，于是给取了个俗名叫“电荷筛子”。道理很简单， 在电荷池子的一端我加一个筛子，只准许正电荷漏过去，而负电荷完全被挡住；另一边再加一个筛子，只允许负电荷漏过去，而正电荷被完全挡住。光一照，这个池子里面的电荷就被搅动了，而在靠近筛子的位置，一些电荷被选择性的筛了出去。筛出去就少了， 结果是形成了密度梯度，于是距离筛子稍远距离的电荷也会游过来补充，再被筛出去。于是定向电流就形成了。这个设计在80年代的时候被贝尔实验室的超大神Yablonovitch（现在在UC Berkeley）提出来，并用高能隙的半绝缘多晶硅（SIPOS）夹着晶硅做成了异质结器件，并在那个年代生生造出了720 mV的惊人的开路电压！
而“非对称载流子选择性异质接触”（电荷筛子）电池家族最杰出的成员，自然就是大名鼎鼎的硅异质结电池了（Silicon Heterojunction Solar Cell，SHJ，也常常被叫做HIT）。用掺杂的非晶硅把表面钝化过的单晶硅夹起来，再加上全背接触结构的加持，Kaneka的SHJ电池创造了 26.3%的硅基转换效率世界纪录。事实上，SHJ电池量产效率已经接近22%，组件310瓦，已经开始有力的抢占市场份额了。
异质结的问题
SHJ已经比PERC更接近理想了，但是毕竟掺杂的非晶硅还是让人心里不快。硅薄层的非晶态，决定了不能有任何高温工艺。而掺杂就意味着自由载流子的寄生吸收损失。于是全世界各大研究组，先是FraunhoferISE和NREL，还有Georgia Tech，更有ANU、UC Berkeley、Lawrence Berkeley和EPFL抱团，还有UNSW，纷纷在“电荷筛子”的概念框架下，寻求SHJ电池的替代方案。大体思路，无非是寻找这样一种筛子，（1）功函数符合筛选电荷的条件，
（2）本身可以和晶硅形成欧姆接触，
（3）本身缺陷尽量少，寄生吸收尽量少。候选的筛子，范围可以是金属氧化物、碱性的金属盐或者一些金属。
具体挑选材料的方法，四个字可以形容，那就是“简单粗暴”。元素周期表展开，我们一个一个挨着试，谁也跑不了！暴力求解的现状是，实验室目前已经做出超过25%转换效率的电池了。
总结
笔者认为，带有载流子选择性属性的光伏太阳能电池，以非晶硅-晶硅异质结电池为代表，向其他非掺杂材料-晶硅异质结电池方向进一步发展，是“后PERC时代”的技术方向，值得业界大力关注。至于蹂躏元素周期表这样虐心的事情，还是企业多多砸钱，让科学家们去享受这个过程（受这个罪）好了……
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