《HIT异质结电池技术调研.docVIP

HIT电池技术调研 HIT电池简介 HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的缩写,意为本征薄膜异质结. 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. 图一. 电池基板以硅基板为主；在硅基板上沉积高能隙 (Energy band gap)的硅奈米薄膜，表层再沉积透明导电膜，背表面有着背表面电场。 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。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。 图二. HIT电池在技术上的优势 由于HIT太阳能电池使用a-Si构成pn结，所以能够在200℃以下的低温完成整个工序。和原来的热扩散型的结晶太阳电池的形成温度（～900℃）相比较，大幅度地降低了制造工艺的温度。由于这种对称构造和低温工艺的特征，减少了因热量或者膜形成时产生的Si晶片的变形和热损伤，对实现晶片的轻薄化和高效化来说是有利的，具有业界领先的高转换效率（研究室水平为23％，量产水平为20％），即使在高温下，转换效率也极少降低，利用双面单元来提高发电量。 HIT电池的伏安曲线分析: HIT电池里p/n 异质结中所发现的正向电流特性（0.4V 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。对此，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。通过导入约5nm 左右的薄膜i 型a-Si 层，可看到反向的饱和电流密度降低了约2个数量级。亦即通过导入i 型a-Si 层，能够大幅度提高Voc,见下图. 图三 化学钝化和HIT 构造的寿命关系 采用μ-PCD 法测定HIT电池的少子寿命。μ-PCD 法得到的寿命值虽然同时反映了体复合速度和表面复合速度两方面，但由于是在同一批（LOT）里抽出相邻的芯片，所以可认为体（BULK）的影响基本相同，所不同的是表面的差异。根据下图可以发现，HIT 构造的钝化性能要比化学钝化（CP 法）更优异。 图四 化学钝化 HIT 太阳能电池的Voc 和寿命之间的依存性 发现通过形成低损伤的a-Si膜和提高表面的清净度等可以提高寿命和Voc，Voc 和寿命之间是一种正的线性关系。即HIT构造中的a-Si 钝化性能的好坏和HIT 太阳电池的Voc 大小相关。所以，通过提高a-Si 的钝化性能以提高寿命的方法可以认为对提高HIT 太阳电池的输出电压是有效的。 图五 HIT电池单晶体硅的表面清洁度更高，同时抑制了非晶硅层形成时对单晶体硅表面产生的损伤。通过这些改良，这种电池的电能输出功率损失下降，开路电压得到了提高。 HIT 太阳电池优异的温度特性 HIT电池Voc越高输出特性的温度依存性越小。也就是说，在HIT 太阳电池的高效率化技术中的这种钝化技术的开发（即高Voc 化）带来了温度特性的提高.由于新电池在温度上升时发电量的损失降低，预计它的年发电量将比传统晶硅太阳能电池提升44%。 图六 HIT电池的制造工艺 HIT电池的关键技术是a-Si:H薄膜的沉积，要求说沉积的本征a-Si:H薄膜的缺陷态密度低，掺杂a-Si:H的掺杂效率高且光吸收系数低，最重要的是最终形成的a-Si:H/Si界面的态密度要低。目前，普遍采用的等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积本征及掺杂的a-Si:H膜，同时热丝化学气相沉积发（HWCVD）制备a-Si:H法也被认为很有前景。 PECVD法制备a-Si:H薄膜 利用等离子里中丰富的活性粒子来进行低温沉积一直是a-Si:H制备的重要方法。在真空状态下给气体施加电场，气体在电场提供的能量下会有气态转变为等离子体状态。其中含有大量的电子、离子、光子和各类自由基等活性粒子。等离子体是部份离子化的气体，与普通气体相比，主要性质发生了本质的变化，是一种新物质聚集态。等离子体中放置其中的衬底可以保持在室温，而电子在电厂的激发下会得到足够多的能量（2-5eV），通过与分子的碰撞将其电离，激发。PECVD的缺点表现在两个方面，一是它的不稳定性，二是电子和离子的辐射会对所沉积的薄膜构成化学结构上的损伤。等离子体作为准中性气体，它的状态容易被外部条件的改变而发生变化。衬底表面的带电状态，反应器壁的薄膜附着，电源的波动，气体的流速都会改变活性粒子的种类和数量，并且等离子体的均匀性也难以控制，这样都会改变衬底的状态。等离子体中的离子轰击和光子辐照，除了会影响沉积膜的质量，还会影响下面的硅衬底。