SE 结构的优势：1）电极下的重掺杂使得接触电阻较常规电池有所下降，从而提高填充因子；2）电极间的轻掺杂可有效降低载流子在扩散层横向流动时的复合概率，提高载 流子收集效率；3）太阳光短波段基本在硅片正表面被吸收，浅扩散可以提高短波段太阳光的激 发效率，从而提高短路电流；4）形成一个 n -n / p -p 的高低结，可以降低电极下方的少数载流子复合， 提高开路电压。综合来说，SE 较常规电池更好地平衡了金属半导体间的接触电阻和光子收集之 间的矛盾。基于硼扩的技术难度，在硼扩的基础上做出 SE 相较磷扩 SE 难度更大，目前主 要发展出一次硼扩和二次硼扩两种技术路线。
根据通威股份《基于 PECVD 技术制备超薄隧穿氧化层及 poly-Si 在 TOPCon 电 池中的应用》，目前行业内常见的硼扩 SE 有五种方案，其中激光开膜路线是目 前最成熟的方案。从量产前景来看，Etch-back 路线、激光直掺路线是最可能实 现量产的路线。五种方案中，刻蚀浆料路线、硼浆路线、Etch-back 路线都需要 外部开发不同的浆料。
2.3、 异质结：掺杂与非掺杂
从本质上讲，热扩散是实现掺杂的一种方法，用于在同一种半导体上形成 PN 结。其他方法还包括离子注入、气相沉积等。如通过气相沉积的方法在晶硅表面沉积本征非晶硅和掺杂非晶硅，由于晶硅与非 晶硅不属于同一种半导体材料，故形成的 P-N 结名异质结。
异质结电池采用气相沉积实现掺杂，而非扩散的形式。这带来的一个问题是，前 表面的非晶硅带隙较小，导致严重的光学寄生吸收，从而限制了饱和电流的提升；且非晶硅层掺杂效率低致使电池良率较低。这就引发了对免掺杂异质结电池的应用和探索。N 型过渡金属氧化物（TMO） 材料被尝试用作空穴传输层。根据中山大学相关资料，HJT 电池中利用 MoOx 代替 p 型掺杂非晶硅，最高转换效率已达 23.5%。
2.4、 非成结掺杂
掺杂工艺除了可以形成 P-N 结之外，还被用作形成高低结。所谓高低结，指的是在电池基体和底电极间建立一个同种杂质的浓度梯度，制备 一个 P-P 或 N-N 高低结，形成背电场，可以提高载流子的有效收集，改善太阳 电池的长波响应，提高短路电流和开路电压，这种电池被称为“背场电池”。典型的案例是在 TOPCon 电池中，正面使用硼掺杂在 N 型硅片上形成 P-N 结， 背面使用磷掺杂制成的 N 型多晶硅，起到高低结的作用。HJT 电池中，正表面 i 层非晶硅与 n 型硅基底形成 P-N 结，背表面 n 型非晶硅与 n 型硅基底形成高低 结。
从广义上来讲，只要是通过同种杂质的浓度梯度建立起电场，从而影响载流子收 集的结构，都可以称作高低结。如硼扩/磷扩中的选择性发射极、BSF 电池中的铝背场、PERC 电池中的局部铝 背场、以及 TOPCon 电池正表面的银铝浆细栅。
2.5、 扩散炉
国内 PERC 电场的磷扩散设备已完全实现国产化，并发展出了适用于大硅片、大 产能的设备，综合考虑热场、气场的均匀性，硅片的放置模式有水平、垂直、类 PE 型垂直等多种模式。硼扩散设备的要求比磷扩散更高，主要体现在：均匀性、扩散时间长、扩散温度 高、硅片寄生 OSF 位错。
均匀性问题：核心是气场与热场的均匀。垂直放片和水平放片各有优劣，垂直放片有利于热辐射传递，但不利于气流传输；水平放片有利于气流传输，但对热辐射有遮挡。随着硅片尺寸变大变薄，垂直放 片的均匀性受到挑战，一方面大硅片导致两硅片间气体运动距离变长，阻力增大；另一方面薄硅片垂直放置时弯曲度变大。拉普拉斯采用水平背对背放置，气流从端口和侧面进入，不仅增加了气流的均匀 性，而且硅片背对背放置，在重力作用下自然压紧，可减少绕镀。
另一方面，随着单炉产能不断增加，炉管长度随之增加，带来了超长温区内气流 与热场均匀性问题。目前多采取多段进气的方式，增加炉管内气流均匀性。
3、 钝化：提效的关键光伏电池效率的热力学极限
一方面，考虑到晶体硅在室温下的光学带隙为 1.12eV，能量低于 1.12eV 的光子 不足以激发电子-空穴对，因此能够有效利用的光子能量有限。另一方面，能量 太高的光子中高于 1.12eV 的能量以热弛豫形式散发。能够被吸收的能量约为 49%，又由于禁带电势差与电池开路电压的差异，能够有效输出的电能约为 60%。因此，常温下硅基光伏单结电池的效率极限约为 29.4%。
逼近极限：可弥补的损失
对于硅基光伏单结电池来说，即使极限效率仅有 29.4%，目前的量产技术水平 仍有较大的提升空间。整体来看，可弥补的太阳电池效率损失可以分为两大类， 即光学损失和电学损失，电学损失又有复合损失和电阻损失两部分。
1、光学损失
1）表面反射。晶体硅的折射率与空气相差很大，这会导致很大一部分入射光被 反射，一般通过表面制绒和沉积减反膜来降低表面反射；2）长波透射。部分长波不能被硅基体完全吸收而从电池背面透过，可适度增加 硅片厚度以消除该不利因素；3）栅线遮挡。部分入射光被正面金属电极栅线遮挡，一般可通过优化栅线设计 或使用背电极来解决。
2、电学损失
1）复合损失。主要指晶体硅太阳电池中，由于掺杂、杂质、缺陷等因素，电子空穴以各种形式形成复合，通常包括辐射复合、俄歇复合、SRH 复合、表面复 合四种。减弱光生载流子复合的方法包括钝化（热氧、原子氢、表面扩散）、增 加背场等；2）电阻损失。包括串联电阻和并联电阻，串联电阻主要由硅基体电阻、电极接 触电阻、发射极电阻、主栅/细栅电阻、焊带电阻组成；并联电阻主要来自 pn 结结构和制备过程中的工艺，一般认为是在晶体硅太阳能电池的边缘产生。
3.1、 钝化：有效减少复合
少数载流子的复合是影响电池性能的关键因素，因此界面钝化成为晶体硅太阳能 电池提效的关键手段。晶体硅材料体内的缺陷，包括杂质、空位、晶格畸变等， 以及材料表面缺陷，如吸附杂质、悬挂键等，会成为载流子的复合中心，从而影 响材料的少数载流子寿命。
晶体硅太阳能电池中表面或者晶界的局域态缺陷主要由以下三方面原因引起：1）悬挂键，主要是由于基体表面断键引起的晶体缺陷。2）器件制备过程中由工艺引入的杂质掺杂，在高浓度掺杂的情况下会引入死层 (未激活的掺杂剂)缺陷从而引起晶格发生畸变。另外，高浓度掺杂情况下会引入俄歇复合。3）硅晶体在硅锭制备的过程引入了杂质、晶体不良等缺陷。
在各种缺陷中，最突出的表面缺陷。在硅片切割过程中，硅原子周期性排列的中 断导致悬挂键的存在，从而形成复合中心。而钝化的过程是指通过使已存在的缺 陷失去活性，从而达到减少载流子表面复合的作用。主要有两种互补的钝化方法：（一）场效应钝化。通过在表面附近产生一个电场，可以阻止类似极性的电荷载 流子靠近，从而极大地减少一种极性的载流子达到表面的数量；（二）化学钝化。一种是在表面生长一个表面层，使原子有足够的时间和能量达 到最佳能级，从而使表面悬空键饱和。另一种是沉积一层富 H 的电介质层，通 过其在烧结过程中释放的游离氢来占据悬空键的空位，从而起到钝化效果。
3.2、 钝化层的选择，决定了电池路径
钝化是光伏电池提效的关键，因此选择合适的钝化材料至关重要，需要根据表面 电荷特性和电池结构进行合理搭配。而正是不同的钝化结构，决定了不同的电池 技术路线。
根据 Jan Schmidt 等人 2018 年建立的理论模型，不同的钝化介质会形成不同的 钝化界面特性（如饱和电流 J0、接触电阻ρc 等），选取电子选择接触层、空穴 选择接触层相互组合后，理论上可以计算出不同电池模型的最大效率。基于此模型和各种钝化膜的钝化和电导性结果，得到了双面 TOPCon 电池的理 论极限效率为 28.7%，而 HJT 电池的理论极限效率为 27.5%。
2021 年，隆基公司 Wei Long 等人对该模型进行了修正。采用微晶、纳米晶材 料替代原有的 i、p 层非晶硅，得到了更低的钝化膜接触电阻，但钝化特性并没 有变差。根据修正后的结果，双面 TOPCon 电池的理论极限效率为 28.7%，而 HJT 电池 的理论极限效率为 28.5%。
