异质结电池技术知识大全

1. HIT异质结原理&结构

1.1 HIT简介

HIT太阳能电池（带有本征薄层的异质结，Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池。HIT太阳能电池技术是三洋公司的专利技术，目前只有三洋公司独家拥有。1.2 HIT结构HIT太阳能电池是以光照射侧的p/i型a-Si膜（膜厚5～10nm）和背面侧的i/n型a-Si膜（膜厚5～10nm）夹住单结晶Si片的来构成的. 电池基板以硅基板为主，在硅基板上沉积高能隙 (Energy band gap)的硅纳米薄膜，表层再沉积透明导电膜，背表面有着背表面电场。1.3 HIT原理在异质结界面附近建立起一个方向由 n 区指向 p区的内建电场，即p-n结；同时 n 型的c-Si与 n+的a-Si：H形成 n-n+结构，形成n+区指向 n 区的内建电场，即背电场。背电场产生的光生电压与 HIT 太阳电池结构本身的 p-n 结两端的光生电压极性相同，从而可以提高 HIT 太阳电池的开路电压。1.4 HIT各层的作用

在HIT电池中，本征非晶硅a-Si：H层的作用仅仅是钝化N型单晶硅c-Si，而N型单晶硅c-Si层的作用：一是与p型非晶硅a-Si形成p—n结，二是在光照条件下产生载流子，三是与背面a-Si形成背电场。

2. HIT异质结电池优势

2.1 简单的低温工艺
全部工艺在 200℃下完成，能量消耗少，同时还能避免热应力以及由此造成的对硅片的损伤，对硅片机械质量的要求也相应变低；2.2 完美的钝化效果利用高质量本征薄层钝化，创造了表面复合速率最低的世界纪录——3cm/s；2.3 高稳定性由于 HIT 电池中本征非晶硅层的厚度很薄，对光电转换的贡献很小，因此不存在非晶硅薄膜电池中由于本征层引起的 S-W(Steabler-Wronski)效应；2.4 双面结构受光双面结构在任何角度都可以增加光吸收，通常水平安装时发电效率可高出10%，垂直安装时可高出34%；2.5 高迁移率

集中了非晶硅薄膜电池和晶体硅高迁移率的优势。

3. HIT异质结电池特点

1. （光照侧）P/I非晶硅薄膜和（背面侧）I/N非晶硅薄膜夹住N型单晶硅片；

2. 两侧顶层形成透明的电机（TCO）；3. 非晶硅/单晶硅电池的结合，吸收太阳光谱范围宽；4. 电池对称结构，双面受光；

5. 非晶硅PN结，能在200℃以下低温下沉积。

4. HIT异质结电池制作过程

4.1 N型硅片（200um,1Ωcm）表面织构化，通过优化硅的表面织构，可以降低透明导电氧化层（TCO）和a-Si层的光学吸收损耗。

4.2 用PECVD在晶硅表面沉积i/P非晶硅&用PECVD在晶硅表面沉积i/N非晶硅4.3 用溅射技术在电池两面沉积透明TCO&用丝网印刷技术在TCO上制作银电极

在单晶硅和非晶硅之间本征非晶硅薄层的插入，从而使得单晶硅和非晶硅界面得到很好的钝化，进而得到较高的开路电压，HIT电池抑制了p型、i型a-Si的光吸收率，而增强n型c-Si的光吸收率。

5. HIT太阳电池的性能

5.1 本征层的钝化效果
HIT 电池的性能之所以优异，关键在于在单晶硅和非晶硅之间本征非晶硅薄层的插入，从而使得单晶硅和非晶硅界面得到很好的钝化，进而得到较高的开路电压。因为对于异质结电池来说，界面态特性(尤其是界面态密度)决定了电池的输出特性。而界面态密度主要是由沉积在 c-Si 上的掺杂 a-Si:H 引入的。引入本征非晶硅层以后，掺杂层和衬底被分开了，因此问题得到解决。HIT 结构的本质特征是使电池获得一个良好的界面，从而避免载流子的复合。钝化效果直接反映在少子寿命上，因此开展对本征非晶硅薄层钝化后硅片少子寿命的研究是制备高效 HIT 电池的前提和关键。5.2 本征层的钝化效果的直观图上图表示HIT 太阳电池和去掉i 型a-Si膜的p-n 异质结太阳电池暗状态时的I-V 特性比较。p-n 异质结太阳电池中所发现的正向电流特性( 0. 4 V 附近) 的变化, 是由于a-Si 顶层膜中存在的高密度间隙态, 引起异质结部耗尽层的再复合而造成的。对比, 在顶层和结晶Si 之间插入高质量a-Si 膜( i 型a-Si 膜) , 通过顶层内的电场来抑制复合电流, 这就是HIT 构造。5.3 本征层的各种参数5.4 参数对少子寿命影响

6. HIT高转换效率的原因

1. 所有制作过程都都低于200℃，不会因高温杂志扩散而影响载流子寿命；

2. 双面制结，可充分利用背面光线；3. 采用N型硅片，其载流子寿命远大于P型硅；4. 硅片薄，有利于载流子穿过衬底被电极吸收；5. 表面织构化，可降低对太阳光的反射；6. 表面沉积非晶硅，吸收太阳光系数大；7. PECVD沉积过程中产生氢原子科对晶界进行钝化；

8. 异质结，开路电压高。

7. HIT的技术关键

1. 高质量非晶硅膜的生成；
2. 单晶硅表面的织构；3. TCO膜的光吸收；4. 薄膜化（薄片化）；5. 非标准制程设备。

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来源：光伏技术

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