HIT电池介绍
图1.异质结电池结构
HIT的制备工艺
图2.HIT电池工艺及对应设备
质结电池的制备主要包括4步:清洗制绒-非晶硅薄膜沉积-TCO薄膜沉积-电极金属化。
清洗制绒:异质结电池所使用的硅片要先进行湿化学处理,包括三步。①预清洗并去除硅片表面损伤层;②表面制绒,减少光反射达到陷光目的;③RCA(半导体级的湿式化学清洗)形成洁净表面,减少表面缺陷和杂质,降低界面复合损失。
非晶硅薄膜沉积:包括本征非晶硅层和掺杂非晶硅层的沉积,通常使用的方法为等离子体增强化学气相沉积 PECVD 或热丝化学气相沉积 HWCVD。
图3.HWCVD和PECVD工艺对比
透明导电薄膜TCO沉积:异质结电池与传统晶硅电池相比,其发射极导电性差,因此需要通过沉积透明导电氧化物(Transparent Conducting Oxide,TCO)薄膜来输运电荷。TCO可以实现两个目的:①用作减反射涂层Anti-Reflective Coating,②增加横向导电性。
目前常用的TCO沉积方法有RPD反应等离子体沉积、PVD物理气相沉积。RPD主要是采用IWO氧化铟掺钨靶材制备透明导电薄膜,PVD是采用磁控溅射的方式制备ITO氧化铟锡透明导电薄膜。其中,RPD镀膜质量更高,但是成本相对较高。
电极沉积:由于掺杂费晶硅薄膜对于温度特别敏感,异质结电池的丝网印刷电极通常需要在200℃左右温度下进行烧结,因此采用的浆料必须能够适合低温烧结,考虑到导电性的要求,一般采用低温银浆。
HIT的优势
从异质结电池的结构和制备工艺分析,其具有以下优点:
(1)高对称性:标准HIT电池是在硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层、TCO层和电极,这种对称结构可以减少工艺步骤和设备,便于产业化生产。
(2)低温工艺:HIT不需要传统晶硅电池通过高温热扩散形成PN结,节约能源的同时可以使硅片的热损伤和形变较小。
(3)高开路电压:HIT电池由于在晶体硅和掺杂薄膜硅之前插入了本征薄膜 a-Si:H(i-aSi:H),它能有效钝化晶体硅表面的缺陷,因而开路电压比常规电池要高许多,从而能获得较好的光电转换效率。
(4)温度特性好:通常太阳能电池的性能数据是在 25℃的标准下测量的,但是电池组件所处的环节更为复杂,不同区域外界环境温度的变化差异也较大,因此高温下的电池性能也与转换效率密切相关。由于 HIT 电池结构中的非晶硅薄膜/晶体硅形成的带隙较大,其温度特性更为优异。
(5)光照稳定性好:光衰一般发生在 P 型掺硼硅片中,由于 HJT 电池采用N型单晶硅作为衬底,不含硼,不存在 B-O 对导致的光致衰减问题。
(6)双面发电:HJT 电池的正面和背面透光且结构对称,均为 TCO、非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜,因此正反面受光照后都能发电,封装成双面电池组件后,年平均发电量比单面电池组件高出20%以上。
HIT电池的难点
图4. HIT电池设备价值分布
3) 从材料端来看:HIT 电池的材料成本主要体现在硅片、银浆和靶材。HIT采用 N 型硅片,较传统 P型硅片价格较高。由于HIT为对称结构,可以采用更薄的硅片,未来硅片薄片化或许是降本的一种方式。PERC 电池每片银浆耗量约 80-90mg,HIT 电池银浆耗量大约是传统电池的2-3 倍,同时HIT工艺需要使用低温银浆,相较于高温银浆价格大幅增加。异质结 TCO环节的进口靶材价格也相对较高。后续如何降低硅片、银浆、靶材的成本将成为异质结量产推广的核心因素。