N-PERT、N-HIT 和P-PERC三种晶硅双面太阳电池技术全解
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本文将介绍N-PERT、N-HIT 和P-PERC 三种当前主流晶硅双面太阳电池技术，并介绍晶硅双面太阳电池的应用情况。
在上文——晶硅双面太阳电池技术及应用（点击即可查看上文）中，我们提到了晶硅双面太阳电池技术之一——N-PERT技术，想必读者对其也有了一定的了解，那么本文将着重介绍N-HIT技术，希望对各位有所借鉴意义。
非晶硅/晶体硅异质结太阳电池
常规晶硅太阳电池的P-N 结是由导电类型相反的同一种类材料—P 型和N 型晶体硅组成的，属于同质结电池；而非晶硅/晶体硅异质结(HIT)太阳电池的P-N 结是由两种不同的半导体材料—非晶硅和晶体硅组成，属于异质结电池。在当今众多的高效晶体硅太阳电池方案中，HIT 太阳电池无疑是关注度很高的一种。
在HIT 太阳电池的研发和生产领域，日本松下公司可谓一枝独秀，2013 年其报道的最高电池效率达24.7%⑤，电池面积~100cm²，达到商用规格大小。2014 年，他们将背接触(IBC) 与HIT技术结合，研发出的IBC-HIT 太阳电池最高效率达25.6%⑥，一举打破了晶体硅电池转换效率的世界纪录，并且电池面积达到 143.7 cm² 的商用级别。2016 年，日本 Kaneka 公司将 IBC-HIT 太阳电池的效率提升到26.3%⑦，电池面积达到180.4 cm²。不断地刷新晶硅电池的世界纪录，表明HIT 电池的高效特性。
图3 是HIT太阳电池的结构示意图。它是以N型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的N-Si 正面依次沉积厚度为5~10nm的本征非晶硅薄膜(I-a-Si:H)、P 型非晶薄膜(P-a-Si:H)，从而形成P-N异质结。在硅片背面依次沉积厚度为5~10nm的I-a-Si:H薄膜、N型非晶硅薄膜(N-a-Si:H)形成背表面场。在掺杂a-Si:H 薄膜的两侧，再沉积透明导电氧化物薄膜(TCO)，最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极。
HIT太阳电池天然是双面电池，其结构和制造工艺与常规晶硅太阳电池有很大的区别。HIT 太阳电池结合了晶硅电池和硅基薄膜电池的优点，具有如下一些特点：
(1) 结构对称。HIT 电池是在单晶硅片的两面分别沉积本征非晶硅、掺杂非晶硅、TCO 以及印刷电极。这种对称结构方便减少工艺设备和步骤，相比传统晶体硅太阳电池，HIT 电池的工艺步骤更少，仅有清洗制绒、沉积非晶硅薄膜、沉积TCO 薄膜和丝网印刷与低温烧结四个主要工序。
(2) 低温制造工艺。HIT 电池由于采用硅基薄膜形成P-N 结，因而最高工艺温度就是非晶硅薄膜的形成温度(～200℃)，从而避免了传统热扩散型晶体硅太阳电池形成P-N 结的高温(约900℃)。低温工艺节约能源，而且采用低温工艺可使硅片的热损伤和变形减小，可以使用薄型硅片做基底，有利于降低材料成本。
(3) 高开路电压特性。HIT 电池是由非晶硅与晶体硅形成异质结，非晶硅的禁带宽带更大，因此HIT 电池的开路电压(Voc)比常规同质结晶硅电池要高。同时HIT电池由于是在晶体硅和掺杂薄膜硅之间插入了本征薄膜I-a-Si:H，它能有效地钝化晶体硅表面的缺陷，能够确保HIT 电池的开路电压比常规电池要高许多，从而能够获得高的光电转换效率。目前 HIT电池
Voc的最高值达到了 750 mV。
(4) 温度特性好。太阳电池的性能数据通常是在25℃的标准条件下测量的，然而太阳能板的实际应用环境是室外，高温下的电池性能尤为重要。由于HIT 电池结构中的非晶硅薄膜/晶体硅异质结，温度特性更为优异，其温度系数为-0.25%/℃，仅为晶体硅电池的温度系数-0.45%/℃的一半左右，使得HIT电池在光照升温情况下比常规电池有好的输出。
但是HIT 电池也存在着一些问题：
(1)设备投资高。由于采用了薄膜沉积的技术，需要用到高要求的真空沉积设备。
(2)工艺要求严格。要获得低缺陷态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺环境和操作要求也较高。
(3)需要低温封装工艺。由于HIT 电池的低温工艺特性，不能采取传统晶体硅电池的后续高温封装工艺，需要开发适宜的低温封装工艺。
HIT 电池由于已经证明可以获得高效率，并且日本松下的异质结电池主体专利在2010 年已到期， 因此近年来国内研究机构和光伏企业也一直在关注HIT 电池，目前已有部分企业在进行一定规模的量产。HIT 电池的量产平均效率在22%~23%，国内企业的量产效率水平也达到了22%左右。
图4(a)是典型HIT电池的正面I-V 曲线。图4(b)是我们实测的一批HIT 太阳电池的正面和背面效率分布。从图中可见，正面平均效率达到21.75%，背面平均效率达到20.75%。计算得到HIT 电池的双面率达到95%以上，表明HIT 电池有很高的双面率，因此在实际应用时要设法充分利用背面电池来发电，最大化HIT 电池的经济效益。
N-HIT电池技术就介绍到这里，下期我们将会为您带来P-PERC双面太阳电池技术，敬请期待。
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