世界要闻：HIT-异质结太阳能电池-- 迪族网

世界要闻：HIT-异质结太阳能电池

来源：行业研究笔记　2022-09-18 09:44:59

HIT电池介绍

HIT（ Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）电池，全称晶体硅异质结太阳电池。HIT电池最早由日本三洋公司于1990年开发，后因HIT被三洋注册为商标，因此HIT又被外界称为HJT、SHJ等其他名称。所谓“异质结”，是和“同质结”对比而言。同质结电池指同一种半导体材料构成P-N结，PERC和TOPCon电池为同质结电池，P型PERC是通过对P型硅片进行磷P掺杂形成P-N结，而N型TOPCon是通过对N型硅片进行硼掺杂形成P-N结。

异质结是通过两种不同半导体材料构成P-N结：在N型硅片的正面依次沉积本征非晶硅薄膜（i-a-Si，intrinsic amorphous Silicon）和N型非晶硅薄膜（n-a-Si，n-type amorphous Silicon），而在硅片背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和 P 型非晶硅薄膜（p -a - Si，n-t y pe amorphous S il ic on ）形成背面场，以形成电流传输的 P-N 结。结构中的非晶硅需进行氢化，a-Si:H的光入射窗口的透明度更高，同时带隙更大，开路电压更高，并且氢原子对硅片可以起到钝化的作用，从而得到更高的转换效率。

图1.异质结电池结构

资料来源：索比光伏网

(资料图片)

HIT的制备工艺

图2.HIT电池工艺及对应设备

资料来源：中智电力

异质结电池的制备主要包括4步：清洗制绒-非晶硅薄膜沉积-TCO薄膜沉积-电极金属化。

清洗制绒： 异质结电池所使用的硅片要先进行湿化学处理，包括三步。①预清洗并去除硅片表面损伤层；②表面制绒，减少光反射达到陷光目的；③RCA（半导体级的湿式化学清洗）形成洁净表面，减少表面缺陷和杂质，降低界面复合损失。

非晶硅薄膜沉积： 包括本征非晶硅层和掺杂非晶硅层的沉积，通常使用的方法为等离子体增强化学气相沉积 PECVD 或热丝化学气相沉积 HWCVD。

PECVD 技术是借助于辉光放电等离体使含有薄膜的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种制备技术。在异质结电池制备中通常用氢气 H2 稀释的甲硅烷（SiH4）气体用作前驱体沉积本征非晶硅薄膜，一般还需要通入氢气来调节 SiH4比例；沉积掺杂非晶硅薄膜，则需要加入相应的掺杂气体，使用与 SiH4 混合的硼烷（B2H6）气体沉积 p 型 a - Si : H 层，使用与 SiH4 混合的磷烷（PH3）气体沉积 n 型 a - Si : H 。沉积过程中需要控制的参数有衬底温度、沉积气压、气体比例、射频功率密度、上下电极间距等，必须精确控制各步骤以避免形成有缺陷的外延 Si 。

热丝化学气相沉积（Hot wire CVD，HWCVD ）是利用高温热丝催化作用使 SiH4 分解从而制备硅薄膜，因此又称为Cat CVD，Cat即催化Catalysis。反应过程一般是将 SiH4 和 H2 混合气体通入反应腔室，同时将热丝加热至高温（1500-2000℃)。此类工艺的优点是对界面轰击较小，薄膜质量好，对硅片钝化好，但是具均匀性较差，且维护成本较高。

图3.HWCVD和PECVD工艺对比

资料来源：中科院

透明导电薄膜TCO沉积： 异质结电池与传统晶硅电池相比，其发射极导电性差，因此需要通过沉积透明导电氧化物（Transparent Conducting Oxide，TCO）薄膜来输运电荷。TCO可以实现两个目的：①用作减反射涂层Anti-Reflective Coating，②增加横向导电性。

目前常用的TCO沉积方法有RPD反应等离子体沉积、PVD物理气相沉积。RPD主要是采用IWO氧化铟掺钨靶材制备透明导电薄膜，PVD是采用磁控溅射的方式制备ITO氧化铟锡透明导电薄膜。其中，RPD镀膜质量更高，但是成本相对较高。

电极沉积： 由于掺杂费晶硅薄膜对于温度特别敏感，异质结电池的丝网印刷电极通常需要在200℃左右温度下进行烧结，因此采用的浆料必须能够适合低温烧结，考虑到导电性的要求，一般采用低温银浆。

HIT的优势

从异质结电池的结构和制备工艺分析，其具有以下优点：

（1）高对称性 ：标准HIT电池是在硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层、TCO层和电极，这种对称结构可以减少工艺步骤和设备，便于产业化生产。

（2）低温工艺 ：HIT不需要传统晶硅电池通过高温热扩散形成PN结，节约能源的同时可以使硅片的热损伤和形变较小。

（3）高开路电压 ：HIT电池由于在晶体硅和掺杂薄膜硅之前插入了本征薄膜 a-Si:H（i-aSi:H），它能有效钝化晶体硅表面的缺陷，因而开路电压比常规电池要高许多，从而能获得较好的光电转换效率。

（4）温度特性好 ：通常太阳能电池的性能数据是在 25℃的标准下测量的，但是电池组件所处的环节更为复杂，不同区域外界环境温度的变化差异也较大，因此高温下的电池性能也与转换效率密切相关。由于 HIT 电池结构中的非晶硅薄膜/晶体硅形成的带隙较大，其温度特性更为优异。

（5）光照稳定性好 ：光衰一般发生在 P 型掺硼硅片中，由于 HJT 电池采用N型单晶硅作为衬底，不含硼，不存在 B-O 对导致的光致衰减问题。

（6）双面发电 ：HJT 电池的正面和背面透光且结构对称，均为 TCO、非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜，因此正反面受光照后都能发电，封装成双面电池组件后，年平均发电量比单面电池组件高出20%以上。

HIT电池的难点

HIT 电池优势显著，然而其市场占有率并不是很高，其最核心的原因还是在于高昂的成本。 HIT 量产难题主要体现在工艺技术、生产设备、材料高投入三个方面： 1）从技术端来看 ：HIT 电池精度高、容错率低，还对生产工艺中制绒后硅片表面洁净度、各工序 Q-time、生产连续性、焊带拉力的稳定性等方面的控制相较于提出了非常严苛的要求。目前国内设备及材料厂的布局已取得较大突破，随着今年以来越来越多异质结量产线的投入落地，工艺技术将不断成熟。 2）从设备端来看： HIT 产线与现有电池不兼容，设备需要重新投建，资产投资较大、当前电池片价格下回报周期较长。此前国内 HIT 核心生产设备仍主要依靠国外进口，整线设备投资高达 8~10 亿元/GW。 随着设备国产化的持续推进 ，目前设备投资已经降低至 4~4.5 亿元/GW。考虑到当前设备折旧已经在 4 分/W 以下，未来 3 亿/GW 或是 HIT 设备价值极限，因此，当前设备已不再成为制约异质结产业化掣肘，设备降本意义在于提高电池厂扩产意愿，以及凸显产业规模化效应。

图4. HIT电池设备价值分布

资料来源：索比光伏网

3）从材料端来看： HIT 电池的材料成本主要体现在硅片、银浆和靶材。HIT采用 N 型硅片，较传统 P型硅片价格较高。由于HIT为对称结构，可以采用更薄的硅片，未来硅片薄片化或许是降本的一种方式。PERC 电池每片银浆耗量约 80-90mg，HIT 电池银浆耗量大约是传统电池的2-3 倍，同时HIT工艺需要使用低温银浆，相较于高温银浆价格大幅增加。异质结 TCO环节的进口靶材价格也相对较高。后续如何降低硅片、银浆、靶材的成本将成为异质结量产推广的核心因素。

关键词：资料来源化学气相沉积透明导电薄膜

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