1、【精品文檔】如有侵權，請聯系網站刪除，僅供學習與交流HIT電池技術的研究.精品文檔.摘要：闡述了異質結(HIT)太陽能電池的結構與特征，并從異質結能帶結構的優化、非晶硅層的制備方法、背面場(BSF)的研究、襯底材料的選取以及發射極材料的革新等方面綜述了HIT太陽能電池的技術發展狀況。概述了HIT電池的產業化應用研究現狀，并展望了HIT太陽能電池的未來發展趨勢。關鍵詞：HIT；太陽能電池；異質結結構0引言能源危機和環境污染問題促進了清潔能源的廣泛研究與應用開發。太陽能光伏發電是種利用光伏效應將太陽光輻射能直接轉換為電能的新型發電技術，兇具有資源充足、清潔、安全、壽命長等優點，被認為是最有前途的可

2、再生能源技術之一，已成為可再生能源技術中發展最快、最具活力的研究領域。日前國際光伏市場上的太陽能電池主要有晶體硅(包括單晶硅、多晶硅)、非晶單晶異質結(HIT)、非晶硅薄膜、碲化鎘(CdTe)薄膜及銅銦硒(CIS)薄膜太陽電池等。其中商品化的晶體硅太陽能電池仍占主流，其光電轉化效率已達25，但受到材料純度和制備T藝限制，很難再提高其轉化效率或降低成本；而非晶硅太陽能電池雖然能大面積生產，造價又低廉，但其轉換效率仍比較低，并且穩定性差。為了降低成本同時保持高轉換效率，近年來HIT電池得到了迅速的發展。這種異質結結構的電池是綜合兩者優點充分發揮各自長處的最佳設計。本文介紹了HIT電池的結構與特點，

3、綜述了HIT電池的發展現狀，并對HIT電池的未來進行了展望。1HIT太陽能電池的結構與特點1.1HIT太陽能電池的結構圖1為HIT、太陽能電池的基本構造，其特征是以光照射側的p-i型a-Si：H膜(膜厚5lOnm)和背面側的i-n型a_Si：H膜(膜厚510nm)夾住晶體硅片，在兩側的頂層形成透明的電極和集電極，構成具有對稱結構的HIT太陽能電池。1.2HIT太陽能電池的特點(1)低溫工藝HIT電池結合了薄膜太陽能電池低溫(<250)制造的優點，從而避免采用傳統的高溫(>900)擴散工藝來獲得p-n結。這種技術不僅節約了能源，而且低溫環境使得a_Si：H基薄膜摻雜、禁帶寬度和厚度等

4、可以較精確控制，工藝上也易于優化器件特性；低溫沉積過程中，單品硅片彎曲變形小，因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(約80m)；同時低溫過程消除了硅襯底在高溫處理中的性能退化，從而允許采用"低品質"的晶體硅甚至多晶硅來作襯底。(2)高效率HIT電池獨有的帶本征薄層的異質結結構，在p_n結成結的同時完成r單晶硅的表面鈍化，大大降低了表面、界面漏電流，提高了電池效率。目前HIT電池的實驗室效率已達到23，市售200W組件的電池效率達到19.5。(3)高穩定性HIT電池的光照穩定性好，理滄研究表明非品硅薄膜晶態硅異質結中的非晶硅薄膜沒有發現Staebler-Wronski

5、效應，從而不會出現類似非晶硅太陽能電池轉換效率因光照而衰退的現象；HIT電池的溫度穩定性好，與單晶硅電池一0.5的溫度系數相比，HIT電池的溫度系數可達到一0.25，使得電池即使在光照升溫情況下仍有好的輸出'"。(4)低成本HIT電池的厚度薄，可以節省硅材料；低溫工藝可以減少能量的消耗，并且允許采用廉價襯底；高效率使得在相同輸出功率的條件下可以減少電池的面積，從而有效降低了電池的成本。2HIT太陽能電池的發展現狀2.1HIT太陽能電池的技術發展狀況1990年，日本Sanyo公司最早開始研究異質結太陽能電池。1992年，Tanaka等就創下p-a-Si：Hi-a-Si：Hn_c

6、-Si結構太陽能電池光電轉換效率18.1的紀錄，并將這種帶有本征薄層的結構稱之為HIT結構。此后，中國、美國、德國、法國、意大利、荷蘭等同家也相繼投入到HIT太陽能電池的研究中(表1為各國研究的HIT電池的種類、制備工藝以及電池所能達到的轉換效率情況)。為進一步提高電池的效率，其研究主要側重于以下幾個方面。(1)異質結能帶結構的優化H1T電池與傳統電池最大的區別就是非晶硅與晶體硅構成的異質結結構。通過設計異質結界面的勢壘高度獲得合適的能帶結構，以提高電池的轉換效率。以Sanyo公司HIT電池為例，在(p)a-Si(i)a-Si(n)c-Si的異質結結構中，非晶硅與單晶硅界面價帶位錯要小，以便收

7、集空穴，同時導帶的位錯要盡可能大，以阻I七電子的通過。異質結勢壘高度的設計主要是通過控制非晶硅薄膜的沉積參數來實現的。(2)非晶硅層的制備方法HIT電池的非晶硅層通常用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)技術進行制備。近年來，中科院研究生院張群芳等以及美國國家可再生能源實驗室(NERL)THWang等口朝采用熱絲增強化學氣相沉積(HWCVD)技術制備了P型襯底的HIT電池。與PECVD相比，HWCVD產生的等離子能量較低，能有效避免離子的轟擊，同時可產生用于預處理硅片表面的低能原子氫，制備過程中的粉塵較少，不易使a-Si：H薄層短路。此外，美國紐約州立大學的BJagannathan等還用直流磁

8、控濺射技術制備了P型HIT電池，在0.3cm2的面積上得到了550mV的開路電壓和30mAcm2的短路電流。(3)背面場(BSF)的研究背面場能改善背面復合速率和背表面反射，從而提高開路電壓、增大短路電流。制備背面場的傳統方法有銷合金法、硼擴散法、磷擴散法等，但這些工藝都需要高溫過程，只能先制備背面場再沉積非晶硅簿膜。與HIT電池低溫工藝兼容的制備工藝主要有在單晶硅背面沉積重摻雜非晶硅薄膜形成背面場。Toru Sawada等用PECVD法在n型襯底上制備出HIT結構(in a-Si)的背面場。該背面場利用了異質結的特性，不需要重摻雜就能形成。結果顯示，HIT結構背面場達到了比熱氧鈍化更好的表面

9、鈍化效果。YVes-chetti等u80還用光刻、硼離子注入實現了局部背面場(Local BSF)，與全面積(Full)鋁合金背面場相比，開路電壓大大提高，達到了676mV，為P型HIT電池開路電壓的最高值。HDGoldbach等用P"c-Si制作了P型HIT電池的背面場。因為c-Si比a-Si有更高的摻雜效率，所以能實現高濃度的摻雜，從而降低激活能，形成性能優良的背面場，提高電池轉換效率。數值模擬結果表明，在n型襯底HIT電池的背面增加一層重摻雜的n+層可以起到背面場的作用，使電池的效率提高到24.35。(4)襯底材料的選取'襯底的類型不同，電池的轉換效率也不同。Tucci

10、 M等研究發現，n型襯底的HIT電池由于異質結能帶結構方而的優勢，其轉換效率略高于P型襯底的太辟j能電池，但P型襯底太陽能電池對界面的要求較低，因此易于制備。THWang等分別用P型區熔(FZ)硅和直拉(CZ)硅作襯底制成了HIT電池，結果發現襯底為FZ硅太陽電池的效率高于CZ硅。美國國家可雨生能源實驗室的Wang Qi等用HWCVD法在Fz襯底上制備的HIT太陽能電池的效率已達到19.1。但是FZ硅的價格高于CZ硅，因此應從效率和成本兩方新綜合考慮，選擇合適的襯底。另外，為了減小電池對入射光的反射牢，絨面襯底也被應用到HIT電池中，并且取得了租好的減反射效果。(5)發射極材料的革新為了減少非

11、晶硅層對入射光的吸收，可采用寬帶隙材料如微晶硅(c-Si)、納晶硅(nc-Si)等作為發射極，提高光的透過率。C Summontc等用RF-PECVD技術，通過高氫氣稀釋的氣源，在P型襯底上制備了n型c-Si發射極，結果顯示，與a-Si發射極相比，HIT電池的短路電流和轉換效率有明顯提高。中科院半導體所許穎等也用RF-PECVD在p型襯底上制備出了n型nc-Si發射極。除PECVD法以外，中科院研究生院的張群芳等還用HWCVD法制備c-Si發射極。另外，JDanmon-Lacoste等用PECVD法在形成多態硅(pm-Si)的條件下制各了HIT電池的本征層，測試結果顯示pm-Si的載流于有效壽

12、命比a-Si高出1個數量級。2.2Hrr太陽能電池的產業化狀況HIT電池模塊自1997年投人市場吼來發展極為迅速。圖2為2004年各類太陽能電池所占市場份額，由圖2可知，短短數年問HIT電池已占據世界光伏市場5的市場份額。在研究及其大規模產業化的過程中，Sanyo做出了重要貢獻。自1991年HIT電池的研究工作取得突破性進展，在1cm2面積上制備出轉換效率為20.0的HIT電池以來，Sanyo公司在工業化生產中推出了名為HIT Power21的電池組件，轉換效率高達17.39%，它由96片HIT電池組成輸出功率為180W。同時，,Sanyo公司還推出了能替代屋頂瓦片的高性價比太陽電池模塊(HI

13、T power roof)。雙面模塊(HIT power double)也隨后面世，特別適合安裝在地面以及圍墻等設施上 。2003年4月，Sanyo公司推出了輸出功率為200W的HIT電池模塊模塊的電池轉換效率達到19.5，模塊效率為17，并且溫度特性有大幅提高，年發電量比傳統太陽電池多出43。2006年，HIT電池的最高轉換效率達到21.8%，270W的HIT電池模塊首先在歐洲上市，工程中太陽能電池模塊的用量可再減少約25%。2009年5月，Sanyo公司又將HIT池的轉化效率提高到23的世界紀錄。同年9月，該公司又以厚度僅為此前12左右的98m的HIT太陽能電池實現了22.8的電池單元轉化

14、效率(開路電壓(Voc)為0.743，短路電流(Isc)為38.8mAcm2填充因子(FF)為79.1電池單元面積為100.3cm2)。雖然厚度減半，但電弛單元轉換效率卻只降低了0.2。由于減少了占成本12的硅的使用量從而為HIT電池的低成本化開辟了道路。同時Sanyo計劃近期將此技術應用于量產，并在FY2013贏得日本光伏市場的最大份額，從而顯示出HIT電池具有極大的發展潛力。德國在軟件模擬計算中取得了較大的進步使轉化效牢提高到了19.8%；美國研究的HIT電池效率也達到了19.1。但是由于核心工藝技術和關鍵設備技術產業化生產工藝還不是很成熟產業化電池效率不是很高，他們將在今后的研究中大力改進工藝，實現大規模產業化生產。3結束語HIT電池雖然發展很迅速，但是仍然存在許多問題。出于生產過程中的每一步工藝要求都很嚴格，所以在保證高效的情況下，大規模的量產還需要