高效HIT光伏电池技术调研分析

本文重要讲述HIT太阳能光伏电池的制造工艺、工艺改进以及HIT太阳能光伏电池的市场展望：

一、HIT太阳能光伏电池的制作工艺

HIT太阳能光伏电池的关键技术是a-Si:H薄膜的沉积，要求沉积的本征a-Si:H薄膜的缺陷态密度低，掺杂a-Si:H的掺杂效率高且光吸收系数低，最重要的是最终形成的a-Si:H/Si界面的态密度要低。目前，普遍采用的等离子体增强化学气相沉积法（pECVD）沉积本征及掺杂的a-Si:H膜，同时热丝化学气相沉积法（HWCVD）制备a-Si:H法也被认为很有前景。

pECVD法制备a-Si:H薄膜

利用等离子里中丰富的活性粒子来进行低温沉积一直是a-Si:H制备的重要方法。在真空状态下给气体施加电场，气体在电场供应的能量下会有气态转变为等离子体状态。其中含有大量的电子、离子、光子和各类自由基等活性粒子。等离子体是部份离子化的气体，与普通气体相比，重要性质发生了本质的变化，是一种新物质聚集态。等离子体中放置其中的衬底可以保持在室温，而电子在电厂的激发下会得到足够多的能量（2-5eV），通过与分子的碰撞将其电离，激发。

pECVD的缺点表现在两个方面，一是它的不稳定性，二是电子和离子的辐射会对所沉积的薄膜构成化学结构上的损伤。等离子体作为准中性气体，它的状态容易被外部条件的改变而发生变化。衬底表面的带电状态，反应器壁的薄膜附着，电源的波动，气体的流速都会改变活性粒子的种类和数量，并且等离子体的均匀性也难以控制，这样都会改变衬底的状态。等离子体中的离子轰击和光子辐照，除了会影响沉积膜的质量，还会影响下面的硅衬底。

光谱响应的研究结果表明关于蓝光区，HIT太阳能光伏电池的光谱相应提高，而在红光区，光谱相应变低。这说明关于本征层的钝化效果提高了蓝光光谱响应的结果，而关于硅片内部的损伤，则对红光部分，光谱相应降低，量子效率下降。关于这种情况，可以下调等离子体的功率，但是同时也会降低等离子体的稳定性。

HWCVD热丝化学气相沉积制备a-Si:H薄膜

是利用热丝对气体进行催化和分解的软性过程，不会出现高能粒子轰击，对衬底的损伤较小，可以容易的移入或者移出沉积室，能够方便从实验室转换到生产线上。在HIT太阳能光伏电池中，非晶硅发射极和晶体硅之间夹着5纳米后，缺陷密度低于非晶硅的本征非晶硅薄膜。

HWCVD的缺点在于非晶硅的外延可以穿透5纳米后的本征薄膜而与晶体硅直接接触，这样会导致高缺陷，这样界面面积和缺陷态密度的增大会导致高的暗电流，继而开路电压也会减低。在制备中将温度控制在200度以下能够抑制非晶硅的外延。

二、HIT太阳能光伏电池工艺的改良方向

提高界面钝化效果

当非晶硅和晶体硅的界面陷阱密度由10^11每平方厘米上升到10^12每平方厘米时，电池效率会降低20%。本征非晶硅的钝化效果由于a-Si:H薄膜的存在而变差，这可能是衬底中的少子波函数穿过本征非晶硅而和a-Si:H薄膜中的缺陷态相互用途，这样构成了载流子的复合通道。可以使用多形硅来作为钝化层，因为它具有更低的缺陷态密度和暗电流。

光陷结构和表面清洗

将制绒后的织构表面层使用硫酸和双氧水进行氧化，然后使用使用浓度为1%的氢氟酸进行60到180秒的腐蚀，这样可以去除缺陷层来使粗糙度降低，接近抛光硅的效果。

栅电极的优化设计

假如可以去除栅线的延展部分，纵横比提高1.0以后，效率可以在提高1.6%。这取决于关于银浆的流变学研究和丝网印刷的改进。

三、HIT光伏电池的市场展望

目前，市面上的HIT太阳能光伏电池全部来源于松下下属的三洋公司。三洋的HIT太阳能光伏电池转换率最高为20.2%，该款太阳能电池的模组转换率可达17.8%.

相关于传统晶硅电池，HIT太阳能光伏电池相对更加环保；可实现薄型化，所以使用少量的硅即可。制作硅晶圆等时实际上要相当大的能源，因此薄型也是一个重要因素。由此看来，假如追求更加环保的方式，HIT太阳能光伏电池是最佳选择。HIT太阳能光伏电池单元实现超薄对公司来说，还具有降低制造成本的效果。从成本来看，在HIT太阳能光伏电池等结晶硅型太阳能电池单元中，硅晶圆在总成本中所占的比例非常大，减薄其厚度是降低成本的重点。