在太阳能发电站，一排排太阳能电池板像是给大地穿上了墨蓝色的新衣。在全球严峻的能源枯竭和环境污染问题面前，太阳能作为取之不尽的清洁能源，成为各国必争之地。在长沙高新区，湖南红太阳光电科技有限公司是我国少数几个拥有光伏装备全系列生产研发能力的企业之一。依托该公司立项建设的长沙市晶硅太阳电池技术创新中心（以下简称“技术创新中心”），专注高端光伏装备和工艺的研发，近年来攻克了1纳米氧化硅层均匀沉积等难题，助推我国新型高效太阳能电池转化效率跻身国际主流水准。近日，记者走进该中心一探光伏发电背后的奥秘。
太阳能电池上演“拳王争霸赛”
太阳能电池是利用太阳光直接发电的装置，其工作原理为光生伏特效应，所以又简称光伏。世界大国正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业也成为国际上又一爆炸式发展的行业，并由此产生了各种不同的技术路线。
开发太阳能电池的两个决定因素是提高转换效率和降低成本。在这场多年的“拳王争霸赛”中，晶硅太阳能电池因能够实现效率和成本的良好平衡，完美胜出，占到了整个太阳能电池95%以上的市场，成为目前产业化水平与可靠性最高的光伏电池类型。
科技发展日新月异，晶硅太阳能电池本身的技术也在不断迭代更新，“老拳王”逐渐体力不支，“新拳王”陆续出现：P型BSF电池（铝背场电池）在辉煌几年后退出历史舞台；而P型PERC电池（发射极和背面钝化电池）因量产转换效率在23%以上，逐步成为主流，并迎来延续至今的行业大扩产。
转换效率（全称是光电转换效率）是衡量太阳能电池把光能转换为电能的能力。如今，PERC电池量产线的转换效率，已接近24%的理论极限，进一步提升的空间有限。因此，行业开始探索新一代高效晶硅太阳电池技术路线，以TOPCon电池（隧穿氧化层钝化接触电池）和HJT电池（异质结电池）为代表的N型新型电池，理论转换效率可以达到甚至超过28%，有望逐步替代P型电池，被行业普遍看好。
生产新一代太阳电池需要全新设备。“2019年正好是PERC电池接近成熟，新一代TOPCon电池包括新一代装备还不成熟的一年，中心于当年获长沙市科技局立项，研发用来生产新一代太阳能电池的装备和相关工艺。”红太阳光电研发部负责人、技术创新中心负责人赵增超介绍说。
在比头发丝细得多的空间里“跳舞”
记者近日在技术创新中心看到，厂房里，工人和装卸货物的车辆往来不绝；实验室里，技术人员正在各自的岗位上对设备生产出来的电池组件进行检测，以便及时完善改进设备的各项性能指标。
TOPCon电池，因为有着更高的量产效率、更优的量产成本和更明确的提效降本路径，被认为是继PERC电池之后未来较长一段时期内最具性价比和商业化价值的电池技术路线之一。技术创新中心的重点工作之一便是研发生产TOPCon电池的核心装备。
TOPCon电池制备流程包括10多道工序，每一道工序都有对应的装备，最核心的工序是接触钝化层，直接决定了电池的转换效率。
“接触钝化层由1纳米左右的氧化硅层和100纳米左右的多晶硅层组成，控制1纳米氧化硅层的生长速率最难，一旦过快很难控制它的均匀性和厚度。”赵增超告诉记者，一纳米相当于头发丝直径的10万分之一，做好氧化硅层，好比在头发丝里跳舞，每一步都要用力均匀，还得跟上节拍。
这点突破不了整项技术就很难往前走，怎么办？因为是自主创新，没有可供借鉴的案例，30多人的研发团队只能夜以继日查阅文献、碰撞思想、不断尝试新方法。直到两个月后，转机才出现。
“全新的材料带来了新的技术难度，传统经验在此时派不上用场。好在团队经过反复验证发现，加入某些特殊气体，并在工艺设计和过程控制中做了改进，才把生长速率控制下来，实现了1纳米氧化硅层的均匀沉积。”赵增超透露说。
突破这一瓶颈后，全新装备顺利实现成果转化应用，太阳能电池的转换效率也从23%提升到24.2%，达到国际主流水准。别小看这1.2%的提升，过去晶硅太阳能电池的大规模量产转换效率从18%提升至23%，花了整整10年。而每提升1%的转换效率，在相同光照和环境条件下相同面积的光伏电池就能提升5%的发电量。
助力打造光伏装备的“中国名片”
由于转换效率的不断提升和成本的持续降低，太阳能发电的成本已接近常规煤电发电的成本，因此近两年迎来了迅猛扩张。2021年，光伏成为电力行业投资的领导者，占所有可再生能源投资的近一半；我国光伏行业产值超7500亿元，光伏发电量占比4%。据权威机构预测，到2030年，光伏发电量将占到全球总发电量的约19%。
技术创新中心开展新一代高效晶硅太阳能电池的工艺技术攻关以及关键装备核心技术突破，成功实现装备技术国产化，大大降低光伏企业生产成本，提高电池产品效率，也加速了平价上网进程。
“展望未来，如何提高光电转换效率依然是太阳能电池研制的重中之重。下一步的重点会在HJT电池方向，它的转化效率目前来说是最高的，也是未来电池更长远的一个发展方向。”赵增超介绍。
在全国光伏装备领域，红太阳光电占据重要的一席之地，技术创新中心也跻身前列，有的装备在去年实现了市场占有率第一。
“我们正在加强跟中南大学等高校和科研院所的合作，辐射带动上下游企业技术升级，带动湖南省整个产业链的发展。作为‘一带一路’建设的推动者，红太阳光电的高端光伏装备正服务于数十个国家和地区，基于平台开展与土耳其、印度、越南等国家交流与合作，助力打造全球光伏装备的‘中国名片’。”赵增超展望道。
