HIT电池技术的研究

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1、摘要：阐述了异质结(HIT)太阳能电池的结构与特征，并从异质结能带结构的优化、非晶硅层的制备方法、背面场(BSF)的研究、衬底材料的选取以及发射极材料的革新等方面综述了HIT太阳能电池的技术发展状况。概述了HIT电池的产业化应用研究现状，并展望了HIT太阳能电池的未来发展趋势。　　关键词：HIT；太阳能电池；异质结结构　　0引言　　能源危机和环境污染问题促进了清洁能源的广泛研究与应用开发。太阳能光伏发电是～种利用光伏效应将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电技术，凶具有资源充足、清洁、安全、寿命长等优点，被认为是最有前途的可再生能源技术之一，已成为可再生能源技术中发

2、展最快、最具活力的研究领域。日前国际光伏市场上的太阳能电池主要有晶体硅(包括单晶硅、多晶硅)、非晶／单晶异质结(HIT)、非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)薄膜及铜铟硒(CIS)薄膜太阳电池等。其中商品化的晶体硅太阳能电池仍占主流，其光电转化效率已达25％，但受到材料纯度和制备T艺限制，很难再提高其转化效率或降低成本；而非晶硅太阳能电池虽然能大面积生产，造价又低廉，但其转换效率仍比较低，并且稳定性差。　　为了降低成本同时保持高转换效率，近年来HIT电池得到了迅速的发展。这种异质结结构的电池是综合两者优点充分发挥各自长处的最佳设计。本文介绍了HIT电池的结构与特点，综述了

3、HIT电池的发展现状，并对HIT电池的未来进行了展望。　　1HIT太阳能电池的结构与特点　　1.1HIT太阳能电池的结构　　图1为HIT、太阳能电池的基本构造，其特征是以光照射侧的p-i型a-Si：H膜(膜厚5～lOnm)和背面侧的i-n型a_Si：H膜(膜厚5～10nm)夹住晶体硅片，在两侧的顶层形成透明的电极和集电极，构成具有对称结构的HIT太阳能电池。　　1.2HIT太阳能电池的特点　　(1)低温工艺　　HIT电池结合了薄膜太阳能电池低温(<250℃)制造的优点，从而避免采用传统的高温(>900℃)扩散工艺来获得p-n结。这种技术不仅节约了能源，而且低温环境使

4、得a_Si：H基薄膜掺杂、禁带宽度和厚度等可以较精确控制，工艺上也易于优化器件特性；低温沉积过程中，单品硅片弯曲变形小，因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(约80μm)；同时低温过程消除了硅衬底在高温处理中的性能退化，从而允许采用"低品质"的晶体硅甚至多晶硅来作衬底。　　(2)高效率　　HIT电池独有的带本征薄层的异质结结构，在p_n结成结的同时完成r单晶硅的表面钝化，大大降低了表面、界面漏电流，提高了电池效率。目前HIT电池的实验室效率已达到23％，市售200W组件的电池效率达到19.5％。　　(3)高稳定性　　HIT电池的光照稳定性好，理沧研究表明非品

5、硅薄膜／晶态硅异质结中的非晶硅薄膜没有发现Staebler-Wronski效应，从而不会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象；HIT电池的温度稳定性好，与单晶硅电池一0.5％／℃的温度系数相比，HIT电池的温度系数可达到一0.25％／℃，使得电池即使在光照升温情况下仍有好的输出'"。　　(4)低成本　　HIT电池的厚度薄，可以节省硅材料；低温工艺可以减少能量的消耗，并且允许采用廉价衬底；高效率使得在相同输出功率的条件下可以减少电池的面积，从而有效降低了电池的成本。　2HIT太阳能电池的发展现状　　2.1HIT太阳能电池的技术发展状况　　1990年，日本

6、Sanyo公司最早开始研究异质结太阳能电池。1992年，Tanaka等就创下p-a-Si：H／i-a-Si：H／n_c-Si结构太阳能电池光电转换效率18.1％的纪录，并将这种带有本征薄层的结构称之为HIT结构。此后，中国、美国、德国、法国、意大利、荷兰等同家也相继投入到HIT太阳能电池的研究中(表1为各国研究的HIT电池的种类、制备工艺以及电池所能达到的转换效率情况)。为进一步提高电池的效率，其研究主要侧重于以下几个方面。　　(1)异质结能带结构的优化　　H1T电池与传统电池最大的区别就是非晶硅与晶体硅构成的异质结结构。通过设计异质结界面的势垒高度获得合适的能带结

7、构，以提高电池的转换效率。以Sanyo公司HIT电池为例，在(p)a-Si／(i)a-Si／(n)c-Si的异质结结构中，非晶硅与单晶硅界面价带位错要小，以便收集空穴，同时导带的位错要尽可能大，以阻I七电子的通过。异质结势垒高度的设计主要是通过控制非晶硅薄膜的沉积参数来实现的。　　(2)非晶硅层的制备方法　　HIT电池的非晶硅层通常用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术进行制备。近年来，中科院研究生院张群芳等以及美国国家可再生能源实验室(NERL)T．H．Wang等口朝采用热丝增强化学气相沉积(HWCVD)技术制备了P型衬底的HIT电池。与PECVD相比，H