什么是HJT电池
HJT电池,又称为异质结电池,是以N型单晶硅为基底,在前后表面分别沉积不同特性的硅基薄膜叠层和透明导电薄膜。标准晶体硅太阳能电池是一种同质结电池,即PN结是在同一种半导体材料上形成的,而异质结电池的PN结采用不同的半导体材料构成。
日本三洋公司在1990年发明出HIT电池并申请为注册商标,因此异质结电池又被称为HJT(Heterojunction Technology)或SHJ(Silicon Heterojunction)。
HJT电池的优势
1、转换效率高
主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。
目前量产效率普遍已在24%以上;25%以上的技术路线已经非常明确,即在前后表面使用掺杂纳米晶硅、掺杂微晶硅、掺杂微晶氧化硅、掺杂微晶碳化硅取代现有的掺杂;HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。
2、工艺流程短
HJT电池工艺主要包括4个环节:制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝网印刷;远少于PERC(10个)和TOPCON(12-13个)。其中,非晶硅沉积主要使用PECVD方法。
TCO薄膜沉积目前有两种方法:RPD(反应等离子体沉积)和PVD(物理化学气相沉积)。RPD专利普及率高,而PVD技术发展成熟,提供设备的厂家较多。
3、低温工艺
HIT电池由于采用硅基薄膜形成p-n结,因而最高工艺温度就是非晶硅薄膜的形成温度(~200℃),从而避免了传统热扩散型晶体硅太阳电池形成p-n结的高温(约900℃)。低温工艺节约能源,而且采用低温工艺可使硅片的热损伤和变形减小,可以使用薄型硅片做衬底,有利于降低材料成本。三洋(现松下)公司最近获得的高效率HIT电池都是在厚度小于100um的硅片上获得的。
4、高开路电压
HIT电池由于是在晶体硅和掺杂薄膜硅之间插入了本征薄膜i-a-SiH,它能有效地钝化晶体硅表面的缺陷,因而HIT电池的开路电压比常规电池要高许多,从而能够获得高的光电转换效率。目前HIT电池的V达到了750mV。
5、低温度系数
太阳电池的性能数据通常是在25℃的标准条件下测量的,然而光伏组件的实际应用环境是室外,高温下的电池性能尤为重要。由于HIT电池结构中的非晶硅薄膜/晶体硅异质结,其温度特性更为优异,前期报道的HIT电池性能的温度系数为-0.33%/℃经过改进,电池的开路电压得到提升,其温度系数减小至-0.25%/℃,仅为晶体硅电池的温度系数-0.45%/℃的一半左右,使得HIT电池在光照升温情况下比常规电池有好的输出。由于电池结构中的非晶硅薄膜,因此HIT电池具有薄膜电池的优点,弱光性能比常规电池要好。
6、无LID与PID,低衰减
由于HJT电池衬底通常为N型单晶硅,而N型单晶硅为磷掺杂,不存在P型晶硅中的硼氧复合、硼铁复合等,所以HJT电池对于LID效应是免疫的。HJT电池的表面沉积有TCO薄膜,无绝缘层,因此无表面层带电的机会,从结构上避免PID发生。
7、高双面率
HJT正反面结构对称,而且TCO薄膜是透光的,天然就是双面电池,HJT的双面率能达到90%以上(最高能达到98%);双面PERC的双面率仅为75%+。
HJT工艺流程
TOPCon主要工序及作用
1. 清洗制绒
制绒清洗工序,需要优化电池的陷光性能,有效绒面结构可使入射光在表面进行多次反射和折射,延长光程,增加光生载流子;需要形成洁净表面,减少硅片表面不洁净而引入的缺陷和杂质,从而降低结界面处载流子的复合损失。
2. 非晶硅沉积
①目的:通过在硅片正背面沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜可以使硅片获得优越的表面钝化能力,也是获得较高电池效率的重要条件,利用非晶硅优异的钝化效果,可将硅片的少子寿命大幅度提升。
②方法:目前量产使用的为团簇式RF射频 PECVD 设备,超高的工艺控制精度,辉光起辉0.5s内达到稳定。为避免掺杂气体沉积过程中导致的交叉污染,由4个主工艺反应腔分别来沉积 p-a-Si:H、i-a-Si:H ( p 面)、n-a-Si : H、i-a-Si:H ( n 面),使用 SiH 作为前驱物(并通过H2来调节 SiH4比例)来沉积 i-a-Si:H,加入掺杂气体PH3、B2H,进行相对应 n-a-Si:H、p-a-Si:H膜层的沉积,每层膜沉积厚度均控制在5—8nm之间。
3. TCO沉积
①目的:TCO膜层在HJT电池中起着透光和导电作用,必须具有光学和电学性能,即同时满足高透过率、高迁移率及低方阻的要求,并尽可能在镀膜过程中减少对非晶硅膜层的损伤。要获得低电阻率,可以通过增加载流子浓度和提高载流子迁移率实现。
由于非晶硅的导电性较差,所以在HJT电池的制作过程中,在电极和非晶硅层之间加一层TCO膜可以有效地增加载流子的收集。透明导电氧化膜具有光学透明和导电双重功能,对有效载流子的收集起着关键作用,可以减少光的反射,起到很好的陷光作用,是很好的窗口层材料。
②方法:
4. 丝网印刷
①目的:为了将产生的电流导出,需要在电池片表面制作正、负两个电极。制备电极的基本要求是:能与ITO薄膜形成良好的接触,具有良好的导电性能,高电流收集效率等。目前行业内最常用的制备电极的方法为丝网印刷,使用丝网印刷的方式在电池正背面印刷银浆。
②方法:由于HJT电池不耐高温,所以本项目采用银浆不同于常规产品,工艺中使用低温银浆印刷及低温固化,具体工艺流程包括背电极印刷、烘干、正电极印刷、烘干和低温固化,固化温度一般控制在200℃左右。