异质结电池简介

异质结电池简介

HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin－layer的缩写，意为本征薄膜异质结，因HIT已被日本三洋公司申请为注册商标，所以又被称为HJT或SHJ（Silicon Heterojunction solar cell）。1992年三洋公司的Makoto Tanaka和Mikio Taguchi 第一次成功制备了HIT（HeterojunctionwithIntrinsic ThinLayer）电池。日本Panasonic 公司于2009年收购三洋公司后，继续HIT电池的开发。

HIT电池结构，中间衬底为N型晶体硅，通过PECVD方法在P型a-Si和c-Si 之间插入一层10nm厚的i-a-Si本征非晶硅，在形成pn结的同时。电池背面为20nm厚的本征a-Si：H和N型a-Si：H层，在钝化表面的同时可以形成背表面场。由于非晶硅的导电性较差，因此在电池两侧利用磁控溅射技术溅射TCO膜进行横向导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极，使得HIT电池有着对称双面电池结构。

开路电压大的原因：除了掺杂浓度差形成的内建电池外；材料的禁带宽度的差别也会进一步增加电池的内建电势。

在电池正表面，由于能带弯曲，阻挡了电子向正面的移动，空穴则由于本征层很薄而可以隧穿后通过高掺杂的p＋型非晶硅，构成空穴传输层。同样，在背表面，由于能带弯曲阻挡了空穴向背面的移动，而电子可以隧穿后通过高掺杂的n＋型非晶硅，构成电子传输层。通过在电池正反两面沉积选择性传输层，使得光生载流子只能在吸收材料中产生富集然后从电池的一个表面流出，从而实现两者的分离。

最常见的是p型硅基异质结太阳能电池，其广泛应用于光伏产业，因为p 型硅片是常见的光伏材料且以p型单晶硅为衬底的电池接触电阻较低，但是由于硼和间隙氧的存在，使得以p型单晶硅为衬底的太阳电池有较严重的光照衰减问题。且由于c-Si(p)/a-Si(i/p)界面氢化非晶硅价带带阶（0.45ev）要比导带带阶大（0.15ev），n型硅基比p型硅基更适合双面异质结太阳能电池。

影响非晶硅电池转换效率和稳定性的主要因素有:透明导电膜、窗口层性质(包括窗口层光学带隙宽度、窗口层导电率及掺杂浓度、窗口层激活能、窗口层的光透过率)、各层之间界面状态(界面缺陷态密度)及能隙匹配、各层厚度(尤其i层厚度)以及太阳能电池结构等。非晶硅薄膜电池的结构一般采取叠层式或进行集成或构造异质结等形式。

HJT技术供应商主要有：KANEKA（得益于非晶硅薄膜领域多年的耕耘和技术积累，转换效率25.1%）、SUNPREME（运用Tandem串联结构和优化ITO等防反射材料，在印刷银线和镀铜两种工艺上的效率分别为22%和22.5%）、Roth&Rau （磁控溅射、全铝背电极、镀铜栅线、两次印刷、高的高宽比，转换效率可达到22.8%）。

Meyer Burger）于2014年11月正式开启其在瑞士的异质结太阳电池中试线；美国光伏安装商SolarCity在2014年9月宣布破土动工其位于纽约州的新1GWp 工厂，技术来源于其所收购的Silevo公司（赛昂电力）的隧道异质结型太阳电池；我国在“十二五”期间启动了基于中试水平的MW级薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池产业化关键技术的863项目，中科院电工所等承担相关研究工作。国内新奥集团、嘉兴上澎已实现异质结电池量产，国内其他企业如山西晋能集团、协鑫集成、天津中环、福建钧石等都在进行量产准备。

TCO层的制备：

透明导电膜在太阳能电池上主要用作电池的透明电极,有些还可同时作为减反射膜。不同透明导电膜的电学、光学以及结构等都不相同,亦对太阳能电池的光电特性和输出特性(如电池的内外量子效率、短路电流、开路电压、填充因子等)产生不同的影响。一般,在太阳能电池中对透明导电膜的要求是载流子浓度高、带隙宽度大、光电特性好、化学性质稳定、较低的电阻率、机械强度高以及优良的耐磨损性等。

溅射法：磁控溅射、离子束溅射等；蒸发法：热蒸发、离子束蒸发等；溅射法的工艺稳定性更好，制备薄膜的质量也较好。HIT电池中TCO层的作用：形成良好的欧姆接触，过渡金属－硅减少载流子平行硅片表面流动时的复合损耗，增加载流子的收集效率；起到钝化表面的效果。高迁移率的TCO薄膜是获得高J

SC 的关键。

不同衬底上沉积纳米TCO的表面反射率，利用倾斜角磁控溅射能够制备出纳米棒状TCO薄膜，并具有好的光学透过率和电学性能，具有应用在硅异质结太阳电池上的良好潜力。

非晶硅α-Si又称无定形硅：

非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，这些未呈键电子在电场作用下可产生电流，不需要声子的帮助因而非晶硅可以做得很薄。无定性硅不存在这种延展开的晶格结构，原子间的晶格网络呈无序排列。换言之，并非所有的原子都与其它原子严格地按照正四面体排列。由于这种不稳定性，无定形硅中的部分原子含有悬空键(dangling bond)。这些悬空键对硅作为导体的性质有很大的负面影响。然而，这些悬空键可以被氢所填充，经氢化之后，无定形硅的悬空键密度会显著减小，并足以达到半导体材料的标准。但很不如愿

的一点是，在光的照射下，氢化无定形硅的导电性能将会显著衰退，这种特性被称为SWE效应(Staebler-Wronski Effect)。解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。

非晶硅的特点：

（1）较高的光吸收系数,在0.4~0.75μm的可见光波段,其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1μm厚)就能吸收约80%有用的太阳能；

（2）且暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源。

（3）禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5~2.0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。其光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感。

HIT电池中本征非晶硅层的作用：钝化硅片表面，减少Dit（界面态密度），增加电池的少子寿命；体硅电池中，硅片在未钝化前，表面复合速率一般大于1*105cm/s；氮化硅钝化后可降到1*103cm/s以下，效果很好时可降到102cm/s以下；此处钝化，降到了10cm/s以下。本征a-Si：H具有很好的钝化晶体硅表面缺陷的作用，极大地降低了晶体硅的表面复合，复合速率可降至3cm/s，确保了电池很高的开路电压。