异质结(HIT)技术,看这一篇就够了!

异质结太阳电池英文名称缩写为HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer),中文名称为本征薄膜异质结电池。异质结电池最早由日本三洋公司于1990年研发成功,并被注册为商标,后续进入异质结领域的企业为了避免专利纠纷而纷纷采用了不同的称谓,比如HJT/ SHJ/ HDT等,虽然英文名称和缩写略有差异,但是其含义都代表本征薄膜异质结电池。

图1.太阳能电池分类

资料来源:新型TCO材料在光伏行业的应用前景

HIT电池结构

图2. HIT电池结构图

资料来源:HIT电池模拟计算的研究

HIT电池一般是以N型硅片为衬底,典型结构如图2所示:在正面依次为透明导电氧化物膜(简称TCO)、P型非晶硅薄膜,和本征富氢非晶硅薄膜;在电池背面依次为TCO透明导电氧化物膜,N型非晶硅薄膜和本征非晶硅膜。

此外,HIT电池在制造工艺流程上也较为简洁,在以上提到的电池结构中的薄膜都是通过沉积的方式形成,最后通过丝网印刷或者电镀工艺在电池两面制备金属电极,再经过低温固化工艺,完成HIT电池的制造,如图3所示。

图3. HIT电池结构以及工艺流程图

资料来源:CNKI

HIT电池生产工艺

相比于传统的PERC电池生产工艺以及TOPCon电池工艺,HIT电池的工艺制程相对较短,只有四大环节,依次是清洗制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝印固化。

图4. 三种量产电池工艺流程对比

资料来源:梅耶伯格,招商证券

1. 清洗制绒

与常规P型或者N型电池制造工艺类似,HIT电池也是以清洗制绒为电池制造的第一步,这一步骤的主要目的是清除N型衬底表面的油污和金属杂质,去除机械损伤层,形成金字塔绒面,陷光并减少表面反射。

2. 制备非晶硅薄膜

硅片在PECVD设备中制作钝化膜和PN结。HIT电池高效率的根源在于本征非晶硅薄膜优良的钝化效果。由于晶硅衬底表面存在大量的悬挂键,光照激发的少数载流子到达表面后容易被悬挂键俘获而复合,从而降低电池效率。此外,通过在硅片正面和背面沉积富氢的本征非晶硅薄膜,可以有效地将悬挂键氢化并降低表面缺陷,从而显著提高少子寿命,增加开路电压,最终提高电池效率。

虽然每一层膜的厚度只有4-10nm,每1-2nm实现的功能和制备工艺却大不相同,因此本征和掺杂非晶硅薄膜需要在多个腔体中完成,PECVD中需要导入多腔室沉积系统。

图5. HIT电池非晶硅薄膜PECVD工艺图

资料来源:迈为股份,招商证券

3. 沉积金属氧化物导电层(TCO)

图6. 镀膜技术分类

资料来源:新型TCO材料在光伏行业的应用前景

硅片沉积完非晶硅薄膜之后就进入SPUTTER(磁控溅射)或者RPD(离子反应镀膜)设备,沉积透明金属氧化物导电膜TCO。TCO纵向收集载流子并向电极传输。由于非晶硅层晶体呈无序结构,电子与空穴迁徙率较低,且横向导电性较差,不利于光生载流子的收集。因此需要在正面掺杂层上方沉积一层75-80nm厚的TCO,用于纵向收集载流子并向电极传输,TCO同时可以减少光学反射。

图7.  SPUTTER磁控溅射原理图

资料来源:新型TCO材料在光伏行业的应用前景

图8. RPD离子反应镀膜原理图

资料来源:新型TCO材料在光伏行业的应用前景

TCO膜在可见光范围内(波长380-760nm)具有80%以上的穿透率,且电阻很低,其成分主要为In、Sb、Zn、Sn、Cd及其氧化物的复合体。目前应用最广泛的是ITO,SCOT,IWO,AZO。TCO制备存在SPUTTER(磁控溅射)或者RPD(离子反应镀膜)两种工艺,目前由于成本考虑大多选择SPUTTER(磁控溅射)工艺。

图9. 磁控溅射工艺与RPD离子反应镀膜工艺对比

资料来源:CNKI

4. 丝印固化

HIT电池生产的最后一步是丝印固化,制备金属电极并固化。考虑到HIT是低温工艺,不区分正银和背银,因此丝网印刷加低温固化的工艺相对比较简单,但是这一特性的缺点之一就是价格较高且消耗量较大,因此目前业内也有部分企业尝试使用镀铜工艺来制作电极。因为在镀铜工艺中不会使用到银浆,成本较为低廉。但即便如此该工艺也并未被广泛应用,因为工艺非常复杂,且废液排放存在严重的环保制约,使其推广受到了限制。

HIT电池的优势

转换效率高

HIT电池高转换效率源于高开路电压,HIT电池的开路电压Voc可以接近750mV,而普通PERC电池则普遍低于700mV。

HIT电池的高开路电压来源于两点:

  • 氢化本征非晶硅薄膜优良的钝化效果

  • 光生载流子可以贯穿氢化非晶硅薄膜,因此不需要激光开膜和形成欧姆接触,可以有效减少复合

由于多主栅技术和光致再生技术的导入,目前HIT的研发效率普遍已经超过24%。

图10. 主流HIT制造商的效率数据

资料来源:NREL,招商证券

(0)

相关推荐

  • 一文读懂非晶硅太阳能电池及其应用

    目前光伏市场上,制作太阳能电池使用的最多的材料就是硅,其中主要分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池以及非晶硅太阳能电池,前两种,由于所用材料是间接带隙半导体--吸收太阳能时需要一定的厚度,PN结比较 ...

  • 来四川攀枝花旅游不能错过的12个景点,看这一篇就够了,最爱哪个

    来四川攀枝花旅游不能错过的12个景点,看这一篇就够了,最爱哪个

  • “解春困”、“防春困”,看这一篇就够了!

    春天到了,天气逐渐转暖,昼渐长夜渐短导致很多人开始犯困. 俗语有言:"春困秋乏夏打盹,睡不醒的冬三月."相信大家对这句话并不陌生. 但春天明明是应该生机勃勃.万物复苏的时候,为什么 ...

  • 《喝出健康》之氢分子医学知识,看这一篇就够了!

    摘要: 近年研究发现,氢气可以有效抑制体内部分活性氧继而产生抗氧化效应,在动物实验中显示出对多种氧化应激相关疾病的良好防治作用,并在初步的临床试验中取得类似的防治效果.有关氢气生物学效应的报道从少到多 ...

  • 世界手卫生日|洗手的正确方式,看这一篇就够了

    手卫生的发起 早在1847年,手卫生之父塞梅尔维斯就提出来医护人员在接触病人之前都必须洗手,使得产妇产褥热发生率显著下降,死亡率由20%几乎降低到0. 手卫生的重要性 如果你是一名医务人员,一定知道预 ...

  • 手机打印看这一篇就够了!

    嘿,小伙伴们! 五一大家都去哪里玩耍了 瘦编去了 客厅徒步大赛 厨房大冒险 真是丰富多彩 收! 说回今天的主题

  • 发票丢失怎么处理?看这一篇就够了!

    本文就发票丢失处理的最新规定,专门为大家整理了以下几大热点,建议先收藏后阅读! Q 发票丢失怎么处理?还需要去大厅吗? A 答:不需要去大厅,可以在电子税务局办理,具体路径如下:我要办税-综合信息报告 ...

  • 关于射频芯片,看这一篇就够了!(干货收藏)

    电子万花筒平台核心服务 电子元器件:价格比您现有供应商最少降低10% 射频微波天线新产品新技术发布平台:让更多优秀的国产射频微波产品得到最好的宣传!发布产品欢迎联系管理,专刊发布!强力曝光! 一部可支 ...

  • 最全总结:私车公用,看这一篇就够了!

    "私车公用"是企业运营中的常见现象,而"私车公用"的财税处理又是财务人必须要掌握的知识点,这一篇文章看完,"私车公用"再也难不到你了. 老板 ...

  • 关于激光雷达,看这一篇就够了

    [太平洋汽车网 技术频道]1638年,伽利略提着一盏灯站在山头上,默默的把灯盖了起来...... 远处的另一个山头上,他的助手在看到灯灭的一瞬间也把自己手上的灯盖了起来.伽利略想用这样的办法计算出光的 ...