带有本征薄层的异质结太阳能电池
异质结电池简介
异质结电池简介HIT是 Heterojunction with Intrinsic Thin－ layer 的缩写，意为本征薄膜异质结，因 HIT 已被日本三洋公司申请为注册商标，所以又被称为HJT或 SHJ（ Silicon Heterojunction solar cell）。
1992 年三洋公司的Makoto Tanaka和 Mikio Taguchi 第一次成功制备了HIT（ HeterojunctionwithIntrinsic ThinLayer）电池。
日本 Panasonic 公司于 2009 年收买三洋公司后，连续HIT 电池的开发。
HIT电池结构，中间衬底为N 型晶体硅，经过PECVD方法在 P 型 a-Si和 c-Si 之间插入一层10nm 厚的 i-a-Si 本征非晶硅，在形成pn 结的同时。
电池反面为20nm 厚的本征 a-Si：H 和 N 型 a-Si：H 层，在钝化表面的同时能够形成背表面场。
因为非晶硅的导电性较差，所以在电池双侧利用磁控溅射技术溅射TCO膜进行横导游电，最后采纳丝网印刷技术形成双面电极，使得 HIT 电池有着对称双面电池结构。
开路电压大的原由：除了混杂浓度差形成的内建电池外；资料的禁带宽度的差异也会进一步增添电池的内建电势。
在电池正表面，因为能带曲折，阻拦了电子向正面的挪动，空穴则因为本征层很薄而能够隧穿后经过高混杂的 p＋型非晶硅，组成空穴传输层。
相同，在背表面，因为能带曲折阻拦了空穴向反面的挪动，而电子能够隧穿后经过高混杂的n＋型非晶硅，组成电子传输层。
经过在电池正反两面堆积选择性传输层，使得光生载流子只好在汲取资猜中产生富集而后从电池的一个表面流出，进而实现两者的分别。
最常有的是p 型硅基异质结太阳能电池，其宽泛应用于光伏家产，因为p型硅片是常有的光伏资料且以 p 型单晶硅为衬底的电池接触电阻较低，可是因为硼和空隙氧的存在，使得以 p 型单晶硅为衬底的太阳电池有较严重的光照衰减问题。
异质结太阳能电池综述
异质结太阳能电池研究现状一、引言：进入21世纪，传统的化石能源正面临枯竭，人们越来越认识到寻求可再生能源的迫切性。
据《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书统计，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘，各种能源都只能用很短的时间，石油：42年，天然气：67年，煤：200年。
而且，由于大量过度使用这些能源所造成的环境污染问题也日益严重，每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，二氧化碳的过度排放是造成全球气候变暖的罪魁祸首；空气中大量二氧化碳、粉尘含量已严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。
正是因为这些问题的存在，人们需要一种储量丰富的洁净能源来代替石油等传统化石能源。
而太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。
太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量就可达5.6×1012千瓦小时。
而我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1700亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的前景非常广阔。
在太阳能的有效利用中,太阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一。
太阳能电池的研制和开发日益得到重视。
本文简要地综述了各种异质结太阳能电池的种类及其国内外的研究现状。
二、国外异质结太阳能电池1、TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池2005年5月份，Kohshin Takahashi等发表了TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池，电池结构如图1。
图1 ITO/PEDOT:PSS/CuPc/PTCBI/Al结构太阳能电池简图图2 TCO/TiO2/P3HT/Au电池结构示意图同时采用了卟啉作为敏化剂吸收光子，产生的电子注入到TiO2的导带，有效地增加了短路电流。
测得的短路电流JSC=1.11mA/cm2,开路电压VOC=0.50V，填充因子FF=48%，能量转化效率PCE=0.26%。
异质结(hjt)太阳能电池
异质结(hjt)太阳能电池全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：异质结（HJT）太阳能电池是一种高效率的太阳能电池技术，它利用了两种或更多种不同材料的异质结的优势，以实现更高的光电转换效率。
该技术结合了传统晶体硅太阳能电池的稳定性和廉价性以及薄膜太阳能电池的高效率，因此备受学术界和产业界的关注。
HJT太阳能电池的基本结构是由p型非晶硅和n型单晶硅两种异质材料交替堆叠而成。
这种结构既保留了单晶硅的高电子迁移率和长寿命，又减轻了非晶硅层的缺陷导致的损耗，从而提高了电池的光电转换效率。
HJT太阳能电池还采用了透明导电氧化物（TCO）薄膜作为电极，使得光线更容易进入电池内部并提高光电转换效率。
与传统的多晶硅太阳能电池相比，HJT太阳能电池具有更高的光电转换效率和更低的温度系数，可以在高温环境下保持更稳定的性能。
HJT太阳能电池还具有更高的光谱响应范围，可以更好地利用太阳光的能量，提高发电效率。
HJT太阳能电池被认为是下一代太阳能电池技术的发展方向之一。
HJT太阳能电池的制造过程相对复杂，需要先在聚乙烯基板上制备n型多晶硅膜，然后在其表面沉积p型非晶硅层，最后再用透明导电氧化物薄膜覆盖。
这个过程需要高温退火和真空沉积等多道工艺步骤，并且需要精确控制每一步骤的温度和时间，以确保电池的性能和稳定性。
目前，HJT太阳能电池的研究和开发已经取得了一些重要进展，例如NREL（美国国家可再生能源实验室）最近宣布他们成功实现了24.5%的HJT太阳能电池效率，刷新了该技术的世界纪录。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，HJT太阳能电池有望逐渐取代传统的多晶硅太阳能电池，成为未来太阳能发电的主流技术之一。
第二篇示例：异质结(hjt)太阳能电池是一种高效率的太阳能转换技术，通过利用不同材料的异质结构，可以实现更高的光电转换效率。
该技术在太阳能行业中备受关注，被认为是未来太阳能电池发展的一个重要方向。
异质结太阳能电池的工作原理是基于两种或更多种不同材料的结合。
本征薄膜异质结电池
本征薄膜异质结电池
本征薄膜异质结电池是一种利用不同材料的半导体在界面处形成的异
质结产生光生电荷并产生电能的电池。
它的基本结构是在p型或n型半导
体薄片表面上沉积n型或p型半导体薄膜，从而形成了p-n或n-p异质结。
本征薄膜异质结电池的工作原理是：当光子进入本征异质结区域时，
会激发出电子和空穴，这些载流子会沿着电场方向移动并在异质结处相遇
形成电流。
这个过程被称为光生电效应。
由于p型和n型半导体的能带结
构不同，所以在异质结处形成了电荷积累区，使得电荷分离和电势差的形
成更容易。
本征薄膜异质结电池具有高效率、可靠性高、制备成本低等优势，是
太阳能电池中的一种重要类型。
它广泛应用于太阳能电池、发光二极管、
半导体激光器等领域。
HIT太阳能电池
高效HIT太阳能电池的发展现状2013-5-27 13:17|发布者: |查看: 1973|评论: 0|原作者: 乔秀梅，贾锐等|来自: Solarzoom摘要: 摘要：带有本征薄层的异质结（Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm（HIT））太阳能电池起源于Hamakawa等设计的a-Si/c-Si堆叠太阳能电池，与单晶、非晶硅太阳能电池相比，其具有低温工艺，高的稳定性等优点， ...摘要：带有本征薄层的异质结（Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm（HIT））太阳能电池起源于Hamakawa等设计的a-Si/c-Si堆叠太阳能电池，与单晶、非晶硅太阳能电池相比，其具有低温工艺，高的稳定性等优点，具有广阔的发展前景。
本文介绍了HIT太阳能电池的基本结构和能带并对其特点进行了深入的分析，根据相关文献从清洗，透明导电氧化层（TCO）的制备，非晶硅层的制备，背表面场的制备等方面深入分析了HIT太阳能电池的技术发展状况，并以三洋公司为引线，简单介绍了HIT太阳能电池的产业发展现状。
关键词：HIT；太阳能电池；结构；特点；技术发展；产业发展1HIT太阳能电池的结构及其特点太阳能电池的结构基本结构HIT电池的本质是异质结太阳能电池，于1951年就已经提出了异质结的概念，并且进行了理论分析，但是由于当时制备异质结的工艺技术十分复杂和困难，所以异质结的样品迟迟没有制备成功。
1960年Anderson成功的制备出高质量的异质结样品，还提出了十分详细的理论模型和能带结构图。
带本征薄层异质结（HIT）太阳能电池是由MakotoTanaka 和MikioTaguchi等人于1992年在三洋公司第一次制备成功。
图1为常见的双面异质结电池的结构示意图，其特征是三明治结构，中间为衬底p(n)型晶体Si，光照侧是n(p)-i型a-Si膜，背面侧是i-p+(n+)型a-Si膜，在两侧的顶层溅射TCO膜，电极丝印在TCO膜上，构成具有对称型结构的HIT太阳电池。
异质结电池
异质结电池在新能源产业中的地位
• 技术创新与应用 • 市场需求的增长
异质结电池未来发展的前景与展望
异质结电池未来发展的前景
• 高效率、低成本的异质结电池 • 新型应用领域的拓展
异质结电池未来发展的展望
• 技术创新与应用 • 市场需求的增长
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异质结电池的电极材料研究与优化
电极材料的研究
• 高导电性的电极材料 • 良好的光学性能 • 优异的力学性能
电极材料的优化
• 纳米结构的电极材料 • 多层结构的电极材料 • 功能化修饰的电极材料
异质结电池的制备工艺与技术进步
制备工艺的研究
• 沉积工艺 • 刻蚀工艺 • 掺杂工艺
制备工艺的技术进步
• 激光辅助沉积工艺 • 化学气相沉积工艺 • 溶液沉积工艺
异质结电池：原理、应用及未来发展趋势
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01
异质结电池的基本概念与原理
异质结电池的定义与结构
异质结电池是一种太阳能电池
• 由两种不同的半导体材料组成 • 具有异质结结构的太阳能电池
异质结电池的基本结构
• P-N结 • 本征半导体层 • 缓冲层 • 反射层
异质结电池的工作原理及能量转换过程
异质结电池的工作原理
• 光生电流的产生 • 光生电子空穴对的分离 • 电子空穴对的传输与复合
异质结电池的能量转换过程
• 光能转化为电能 • 电能转化为化学能 • 化学能转化为光能
异质结电池的性能特点及优势
异质结电池的性能特点
异质结太阳能电池的结构
异质结太阳能电池的结构
异质结太阳能电池是一种高效的太阳能电池，其结构由两种不同材料的半导体组成。
这两种材料的能带结构不同，形成了一个能带不连续的界面，称为异质结。
异质结太阳能电池的结构可以分为以下几个部分：
1. 衬底层：通常使用硅衬底，其作用是提供机械支撑和电子传输。
2. n型半导体层：n型半导体层是指掺杂了杂质，使其带负电荷的半导体层。
n型半导体层的作用是接收光子，将其转化为电子，并将电子输送到异质结。
3. p型半导体层：p型半导体层是指掺杂了杂质，使其带正电荷的半导体层。
p型半导体层的作用是接收从异质结传来的电子，并将其输送到电路中。
4. 异质结层：异质结层是n型半导体层和p型半导体层的交界处，其能带结构不连续，形成了一个电子势垒。
当光子照射到异质结层时，会激发出电子和空穴，电子会被势垒吸收，形成电流。
5. 透明导电层：透明导电层通常使用氧化锌或氧化锡，其作用是将电
流输送到外部电路中。
6. 保护层：保护层通常使用氧化铝或氧化硅，其作用是保护太阳能电
池不受外界环境的影响。
异质结太阳能电池的结构设计使其具有高效的光电转换效率和稳定性。
其优点在于可以利用不同材料的优点，形成更加复杂的能带结构，从
而提高太阳能电池的效率。
同时，异质结太阳能电池的结构也可以根
据不同的应用需求进行优化设计，以满足不同的应用场景。
异质结电池
异质结电池转换效率高，拓展潜力大，工艺简单并且降本路线清晰，契合了光伏产业发展的规律，是最有潜力的下一代电池技术。
目前正处于产业导入期，产业中新老玩家纷纷加速HIT电池产线的投产，目前全球已有HIT电池产能接近
3GW，但主要参与方当前的规划产能已经超过16GW，具有长期投资价值。
异质结电池全称为本征薄膜异质结电池，同样是基于光生伏特效应，只是P-N结是由非晶硅（a-Si）和晶体硅（c-Si）材料形成的（背面的高低结亦然）。
HIT电池结构：
在电池新技术方面，异质结电池由于其独特的双面对称结构及非晶硅层优秀的钝化效果，具备着转换效率高、双面率高、几乎无光致衰减、温度特性良好、可使用薄硅片、可叠加钙钛矿等多种天然优势，加之其制造工艺流程较短，未来成本下降空间较大。
从光伏电站的业主视角出发，应用HJT技术后，光伏电池片的转换效率从22.3%提升至24%，即同等占地面积的电站，年发电量约增加7.6%。
异质结技术不仅具备优异的转换效率，而且生产工艺步骤相对简单。
与需要10余项流程的PERC+以及TOPCon相比，HJT工艺流程相当简洁，首先，与常规电池处理一致，对机械切割后的硅片表面进行蚀刻、制绒处理。
随后，开始在硅片两侧沉积本征非晶硅薄膜，然后再沉积极性相反的掺杂非晶硅薄膜。
再下一步，开始制备TCO薄膜，TCO的制备主要通过物理气相沉积（PVD）技术的溅射来完成。
最后，在TCO顶部进行表面金属化处理，便可得到异质结电池。
而且其中清洗制绒和丝网印刷都是传统硅晶电池的工艺，HJT独特的工艺在于非晶硅薄膜沉积以及TCO膜沉积。
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带有本征薄层的异质结太阳能电池刘艳红,刘爱民(大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁大连116024)摘要:带有本征薄层的异质结(HIT)太阳能电池制备工艺温度低、转换效率高、高温特性好,是低价高效电池的一种。
根据相关文献,遵循HIT电池发展的过程,从原理、结构、制备工艺等角度对其进行了深入分析,指出PEC VD技术在制备HIT电池中存在的问题,并对HWC VD 法制备高效HIT电池的前景进行了探讨,同时分析了a2Si∶H/Si界面钝化、双面异质结结构、表面织构及栅线的优化设计等技术手段对制备高效HIT电池的重要性。
关键词:HIT太阳能电池;PEC VD;HWC VD中图分类号:T M914141 文献标识码:A 文章编号:10032353X(2010)0120001207H etero2Junction with I ntrinsic Thin2Layer Solar CellsLiu Y anhong,Liu Aimin,(School o f Physics and Optoelectronic Technology,Dalian Univer sity o f Technology,Dalian116024,China)Abstract:Hetero2junction with intrinsic thin2layer(HIT)s olar cells explored by Sany o G roup is characterized by low processing tem perature,high efficiency and superiority of high2tem perature performances. The principle,structure and technology of HIT are analyzed.The instability of PEC VD,which is the key technology to deposit the a2Si∶H,is thought to limit the further im provement of HIT efficiency.Otherwise, the possibility of HWC VD for high2efficiency HIT is discussed.The interface passivation of a2Si∶H/Si, double hetero2junction structure,surface texture and optimization of grid are als o analyzed to be im portant for high2performance HIT s olar cell.K ey w ords:HIT s olar cell;PEC VD;HWC VDEEACC:25500 引言能源危机下光伏产业发展迅速。
光伏理论与技术的发展逐渐走向成熟,进一步推广光伏应用的关键是提高电池光电转换效率、降低电池成本。
Si衬底上HIT电池是晶体Si上生长非晶Si薄层的异质结电池,具有工艺温度低、转换效率高、高温特性好的特点,是适合于大规模推广应用的低价高效电池之一。
在日本Sany o公司得到大力发展。
目前,其最高实验室效率为2310%(10014cm2),其中开路电压、短路电流及填充因子分别为01729V, 3915mA・cm-2和01800。
1 H IT电池结构及其特性Si衬底上HIT结构太阳能电池(hetero2junction with intrinsic thin2layer s olar cells)即带有薄本征层的异质结太阳能电池,以n型Si衬底为例,典型结构如图1所示,在n型Si衬底迎光面上先后是薄本征非晶Si层及p型非晶Si发射极层,形成带有薄本征非晶Si夹层的异质pn结;在背面,薄本征a2Si∶H及n型a2Si∶H层形成背表面场;在两面掺杂的非晶Si薄层上用溅射法沉积透明导电氧化物薄膜,最后用丝网印刷技术形成栅状金属电极。
所有工艺温度低于200℃。
上层的透明导电膜也作为抗反射涂层。
抗反射涂层上的栅状电极间距为趋势与展望Outlook and Futuredoi:1013969/j1issn110032353x1201010110012mm ,比扩散法制备的体Si 电池要小,以补偿T C O 膜方块电阻较高的问题。
它的厚度需要根据其电阻率及透光率来进行优化。
背面电极也是栅状的,这样的对称结构有助于降低整个器件热量及机械应力,还可以作为双面电池来用。
对称结构和低温工艺有利于进一步降低电池厚度[1]。
图1 HIT 电池结构示意图Fig 11 Schemitic of HIT s olar cell structureHIT 电池突出的特点是:在获得异质pn 结的同时,得到高质量的异质结界面;HIT 电池本质上是非晶Si/晶体Si 异质结电池,由于a 2S ∶H 的禁带宽度比c 2Si 更高,因此相比于体Si 电池,非晶Si/晶体Si 电池应该具有较高的开路电压(V oc )。
事实上单纯的a 2S ∶H/c 2Si 电池开路电压和填充因子都低于常规的体Si 电池。
原因在于a 2Si/c 2Si 界面态密度高,异质结耗尽区中存在较高的复合电流。
而插入高质量的薄本征非晶Si 层,极大地降低了界面态密度,降低了复合电流,从而增加了开路电压。
另外掺杂a 2Si 中隙态密度达1018cm-3,增加了暗隧穿泄漏电流,本征a 2Si ∶H 层的隙态密度仅为1015～1016cm -3,能极大地抑制隧穿电流[2],从而实现真正意义上的高开路电压Si 异质结电池。
V oc 高是HIT 电池的一个特征,也是实际发电量较高的一个主要因素。
图2 开路电压与温度系数(αT )的关系F ig 12 Related between tem perature coe fficience and open v oltage 开路电压高的电池还表现出更好的温度特性,见图2[3]。
实际应用中决定输出功率最重要参数之一是电池参数的温度特性,降低温度系数意味着在较高的工作温度下电池效率退化较小。
对V oc 超过600mV 的HIT 电池,其温度系数为-0133%/℃,而传统体Si 扩散电池的温度系数为-0145%/℃。
对V oc 超过710mV 的HIT 电池,其温度系数可以降低至-0125%/℃。
与体Si 电池扩散工艺相比,HIT 电池制备工艺具有的一个突出特点是温度低。
目前比较成熟的非晶Si 沉积技术采用的是等离子体增强化学气相沉积(PEC VD )技术,工艺温度低于200℃,避免了晶体Si 衬底的退化,有利于得到突变的异质结,同时更加适用于超薄衬底上电池的制备。
2 H IT 电池发展Sany o 公司1974年开始研究a 2Si 基太阳能电池技术,在60mm ×90mm 上实现了10%的稳定效率,基于此,他们发展了HIT 电池。
HIT 电池源于1983年提出的非晶Si 有/晶体Si 堆垛电池结构设计。
1990年Sany o 公司最早推出了HIT 结构电池,当时采用的薄本征层是微晶结构。
1991年他们用未掺杂a 2Si ∶H 薄层代替未掺杂的μc 2Si 薄层,大大降低了界面态密度,提高了c 2Si 表面的钝化质量,同时将通过掺杂a 2Si ∶H 薄层的隧穿泄漏电流降低下来。
1994年实验室效率达1817%(1cm 2,V oc :638m V ,I sc :3719m A/cm 2,FF :01755,η:1817%)。
Sany o 公司很快意识到这种简单的结构既能达到较高的效率又很适合大规模生产,并把目标锁定在大规模生产技术的研发上。
将HIT 结构成功地应用在电池背面做背表面场,结合表面清洁技术、表面织构技术及栅电极的优化,HIT 电池的实验室效率及组件效率逐渐提高。
1997年第一批供货的产品效率就达到1713%。
2003年在100cm 2面积上实现了2113%实验室效率(I sc :3816m A/cm 2,V oc :717m V ,FF :01770),这次效率的突破,Sany o 公司采取的措施包括改进工艺,减小表面复合,提高少子寿命,提高开路电压至710m V 以上;降低a 2Si 及T C O 的光吸收;降低栅线宽度,增加有效吸收面积;保持栅线的体积不变以避免电极电阻的增加[4]。
当年200W 组件的模块效率平均达1915%。
这在规模化生产中是相当高的。
2004年12月,实验室效率2115%(10013cm 2,I sc :3813m A/cm 2,V oc :712m V ,FF :01787,AIST )[5]。
所采用的技术包括:导电性更高的刘艳红 等:带有本征薄层的异质结太阳能电池导电胶材料;减小导电胶宽度至约85μm;新的印刷技术,保证栅线的高宽比>015。
2006年4月,实验室效率达到2118%(10014cm2,I sc:3814m A/cm2, V oc:718m V,FF:01790,AIST)。
2007年实验室效率进一步提高至2213%(V oc∶01725V,I sc∶3912m A/cm2,FF∶01791,10015cm2,AIST),所采取的手段主要是a2Si/c2Si界面特性及光陷结构的进一步改进。
2008年9月9日Sany o公司进一步报道HIT电池的研究进展,他们在第23界欧洲光伏会议上(E U PVSEC,european photov oltaic s olar energy con ference)透露,HIT的厚度已经降低至85μm。
2009年5月22日[6],Sany o公司宣布比原订计划提前一年实现了23%(V oc∶01729V,I sc∶3915m A/cm2, FF∶01800)的实验室效率,这一次他们在技术上所走的路线仍然是提高a2Si∶H/Si界面钝化质量,降低a2Si∶H及透明导电膜在红光区的吸收,改进栅线材料,提高栅线高宽比,降低栅线串联电阻,但他们还没有透露具体的技术细节。
表1是Sany o公司03年以来所发布的HIT电池最高效率及参数。
η为实验室效率;V oc为开路电压;I sc为短路电流; FF为填充因子;S为面积。
表1 Sanyo公司03年以来所发布的H IT电池最高效率及参数T ab11 E fficiency and parameters o f H IT by Sanyo since2003时间η/%V oc/V I sc/(m A・cm-2)FF S/cm22009252310017293915018001001420072722130172539120179110015200624211801718381401790100142004212211501712381301787100132003211301717381601770100103 n型、p型Si上H IT结构电池的比较因工艺等方面的原因,体Si电池90%以上选择p型Si衬底。