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什么是HIT電池

HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-laye的縮寫,意為本征薄膜異質結.HIT太陽能電池是以光照射側的p/i型a-si膜(膜厚5~10nm)和背面側的i/n型a-si膜(膜厚5~10nm)夾住單結晶Si片的來構成的.

電池基板以硅基板為主;在硅基板上沉積高能隙(Energy band gap)

的硅奈米薄膜,表層再沉積透明導電膜,背表面有著背表面電場。

通過優化硅的表面織構,可以降低透明導電氧化層(TCO)和a-Si層的光學吸收損耗。HIT電池抑制了p型、i型a-Si的光吸收率,而增強n型c-Si的光吸收率。

HIT 電池在技術上的優勢

由于HIT太陽能電池使用a-Si構成pn結,所以能夠在200℃以下的低溫完成整個工序。和原來的熱擴散型的結晶太陽電池的形成溫度(~900℃)相比較,大幅度地降低了制造工藝的溫度。由于這種對稱構造和低溫工藝的特征,減少了因熱量或者膜形成時產生的Si晶片的變形和熱損傷,對實現晶片的輕薄化和高效化來說是有利的,具有業界領先的高轉換效率(研究室水平為23%,量產水平為20%),即使在高溫下,轉換效率也極少降低,利用雙面單元來提高發電量。

HIT 電池的制造工藝

HIT電池的關鍵技術是a-Si:H薄膜的沉積,要求說沉積的本征a-Si:H薄膜的缺陷態密度低,摻雜a-Si:H的摻雜效率高且光吸收系數低,最重要的是最終形成的a-Si:H/Si界面的態密度要低。目前,普遍采用的等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)沉積本征及摻雜的a-Si:H膜,同時熱絲化學氣相沉積發(HWCVD)制備a-Si:H法也被認為很有前景。

PECVD法制備a-Si:H薄膜

利用等離子里中豐富的活性粒子來進行低溫沉積一直是a-Si:H制備的重要方法。在真空狀態下給氣體施加電場,氣體在電場提供的能量下會有氣態轉變為等離子體狀態。其中含有大量的電子、離子、光子和各類自由基等活性粒子。等離子體是部份離子化的氣體,與普通氣體相比,主要性質發生了本質的變化,是一種新物質聚集態。等離子體中放置其中的襯底可以保持在室溫,而電子在電廠的激發下會得到足夠多的能量(2-5eV),通過與分子的碰撞將其電離,激發。PECVD的缺點表現在兩個方面,一是它的不穩定性,二是電子和離子的輻射會對所沉積的薄膜構成化學結構上的損傷。等離子體作為準中性氣體,它的狀態容易被外部條件的改變而發生變化。襯底表面的帶電狀態,反應器壁的薄膜附著,電源的波動,氣體的流速都會改變活性粒子的種類和數量,并且等離子體的均勻性也難以控制,這樣都會改變襯底的狀態。等離子體中的離子轟擊和光子輻照,除了會影響沉積膜的質量,還會影響下面的硅襯底。光譜相應的研究結果表明對于藍光區,HIT電池的光譜相應提高,而在紅光區,光譜相應變低。這說明對于本征層的鈍化效果提高了藍光光譜響應的結果,而對于硅片內部的損傷,則對紅光部分,光譜相應降低,量子效率下降。對于這種情況,可以下調等離子體的功率,但是同時也會降低等離子體的穩定性。

HWCVD制備a-Si:H薄膜

熱絲化學氣相沉積HWCVD是利用熱絲對氣體進行催化和分解的軟性過程,不會產生高能粒子轟擊,對襯底的損傷較小,可以容易的移入或者移出沉積室,能夠方便從實驗室轉換到生產線上。

在HIT電池中,非晶硅發射極和晶體硅之間夾著5納米后,缺陷密度低于非晶硅的本征非晶硅薄膜。HWCVD的缺點在于非晶硅的外延可以穿透5納米后的本征薄膜而與晶體硅直接接觸,這樣會導致高缺陷,這樣界面面積和缺陷態密度的增大會導致高的暗電流,繼而開路電壓也會減低。在制備中將溫度控制在200度以下能夠抑制非晶硅的外延。

HIT電池工藝的改良方向

提高界面鈍化效果

當非晶硅和晶體硅的界面陷阱密度由1011每平方厘米上升到10~12每平方厘米時,電池效率會降低20%。本征非晶硅的鈍化效果由于a-Si:H薄膜的存在而變差,這可能是襯底中的少子波函數穿過本征非晶硅而和a-Si:H薄膜中的缺陷態相互作用,這樣構成了載流子的復合通道。可以使用多形硅來作為鈍化層,因為它具有更低的缺陷態密度和暗電流。

光陷結構和表面清洗

將制絨后的織構表面層使用硫酸和雙氧水進行氧化,然后使用使用濃度為1%的氫氟酸進行60到180秒的腐蝕,這樣可以去除缺陷層來使粗糙度降低,接近拋光硅的效果。

柵電極的優化設計

如果可以去除柵線的延展部分,縱橫比提高1.0以后,效率可以在提高1.6%。這取決于對于銀漿的流變學研究和絲網印刷的改進。

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