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HJT太阳电池技术的发展现状及未来展望

摘要：中国的硅基异质结(HJT)太阳电池技术在近5年有了快速发展，逐步进入产业化阶段，但在其发展过程中遇到了一些技术瓶颈。对HJT太阳电池的结构及能带结构进行简述，从衬底和表面制绒技术、a-Si:H薄膜技术、TCO薄膜技术、金属化电极技术等方面对HJT太阳电池关键技术的研究进展进行了分析，并从制造成本、TCO薄膜材料及叠层太阳电池技术等方面对HJT太阳电池未来的技术研究方向进行了展望。

虽然HJT太阳电池具有工艺流程简单、光电转换效率高、功率衰减低、温度系数低、工作温度低等优势；但其制造成本较高，导致其市场份额上升缓慢，而采用铜电极、无铟或低含铟量TCO薄膜技术是降低HJT太阳电池制造成本的有效方法，一旦突破成本瓶颈，HJT太阳电池未来的应用空间将更加广阔。

光伏产业经历长期发展后，光伏发电技术呈现多样化快速发展趋势，其中，硅基异质结(HJT)太阳电池具备诸多性能优势。经过长期研究与技术发展，此类太阳电池已取得长足进步。1972年，Jayadevaiah等[1]对非晶硅(a-Si)/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的I-V特性进行了研究。1974年，Fuhs等[2]首次研究了氢化非晶硅(a-Si:H)/c-Si能带结构，测试了其在不同温度条件下的电学特性，并试图将其应用至太阳电池，但由于制备的太阳电池的反向电流未达到饱和值，因此未测试得到该太阳电池的光电转换效率。

1981年，Kuwano等[3]开发了通过不同腔室生长p型硼掺杂非晶硅层、i型本征非晶硅层及n型磷掺杂非晶硅层的钝化结构，并成功制备了应用此钝化结构的HJT太阳电池，推动了HJT太阳电池向工业化生产的迈进。1986年，Nakano等[4]将p型碳化硅与a-Si:H结合，制备了超晶格HJT太阳电池结构，此类太阳电池的光电转换效率达10.5%，刷新了当时此类太阳电池的光电转换效率纪录。

日本松下公司对HJT太阳电池进行了持续的研究开发工作，1994年其研发的HJT太阳电池的光电转换效率达到14.5%，随后其在面积为1cm2的HJT太阳电池上实现了20%的实验室光电转换效率，并于1997年注册了HIT?商标，正式开始了HJT太阳电池的商业化进程[5]。2009年，Taguchi等[6]在厚度低于100μm的薄硅片上制备了HJT太阳电池，为降低该类太阳电池制造成本指出了一个方向。

2014年，Taguchi等[7]制备出光电转换效率为24.7%的HJT太阳电池，刷新了当时此类太阳电池的光电转换效率纪录。2017年，Yoshikawa等将HJT技术与插指背接触(IBC)技术结合，制备出面积为180cm2的HJ-IBC太阳电池，其实验室光电转换效率超过26%。2020年，中国的汉能薄膜发电集团有限公司与北京工业大学合作，在面积为244.5cm2的硅片上制备出光电转换效率达25.11%的HJT太阳电池，推进了大面积HJT太阳电池的商业化进程[8]。

2021—2022年，隆基绿能科技股份有限公司(下文简称为“隆基绿能”)在面积为274.4cm2的硅片上先后制备出了光电转换效率分别为26.3%和26.5%的HJT太阳电池，连续刷新了HJT太阳电池的光电转换效率纪录[9]。

本文对HJT太阳电池的结构及能带结构进行简述，从衬底和表面制绒技术、a-Si:H薄膜技术、透明导电氧化物(TCO)薄膜技术、金属化电极技术等方面对HJT太阳电池关键技术的研究进展进行分析，并从制造成本、TCO薄膜材料及叠层太阳电池技术等方面对HJT太阳电池未来的技术研究方向进行展望。

1、HJT太阳电池介绍

1.1HJT太阳电池的结构

HJT太阳电池通常以n型单晶硅(n-c-Si)材料为衬底，在衬底正面分别沉积氢化本征非晶硅(i-a-Si:H)薄膜和p型掺杂氢化非晶硅(p-a-Si:H)薄膜，顶层分别是TCO薄膜和正面电极；背面分别为i-a-Si:H薄膜、n型掺杂氢化非晶硅(n-aSi:H)薄膜、TCO薄膜及背面电极。HJT太阳电池的基本结构如图1所示。

HJT太阳电池的制备流程为：1)采用氢氧化钾与添加剂的混合溶液对硅片表面制绒，用于提高硅片对入射光的吸收率；2)通过化学气相沉积(CVD)法在硅片正面分别沉积i-a-Si:H薄膜和p-a-Si:H薄膜，形成异质结，在硅片背面分别沉积i-a-Si:H薄膜、n-a-Si:H薄膜，形成背表面场；3)采用物理气相沉积(PVD)法在正面和背面的掺杂a-Si:H薄膜表面分别沉积TCO薄膜，用于实现减反射效果，并协助收集正、背面电流；4)通过丝网印刷的方式在正、背面分别形成金属栅线，并通过低温退火工艺固化金属栅线，最终形成电极，收集电流。该制备流程步骤简单，工艺温度低，有效避免了高温对硅片性能的影响。HJT太阳电池的制备流程图