高效HIT异质结太阳能电池相关资料介绍.doc

全球最大HIT太阳能发电厂在意大利建成关键词: 太阳能发电太阳能电池意大利北极星太阳能光伏网讯:装配Panasonic集团的三洋电机HIT太阳能电池模组的太阳能发电厂在位于意大利的托雷圣苏珊娜建造完毕。该发电站设计发电7.567兆瓦，由32,202个HIT-235个太阳能电池模组组成，同时配备了太阳能跟踪器以获取最大化的发电量。这是欧洲最大的跟踪太阳能型发电站之一，同时也是世界范围内使用广受赞誉的HIT太阳能电池模组最大的系统。太阳能发电站项目最初由德意志银行的资产融资和租赁可再生能源部主导的事业联盟筹建。于去年12月建设完成并于今年4月与输电网进行了连接。世界上最大的电站之一意大利太阳能电站投产 采用三洋HIT组件关键词: 意大利三洋HIT太阳能组件北极星太阳能光伏网讯: 采用三洋HIT组件的意大利普利亚地区太阳能电站被认为是世界上最大的电站之一，目前已经投入运营。坐落于托雷圣苏珊娜的该电站总装机容量达7.56MW，足以满足3,300个住户的供电需求。该项目是德意志银行、EST能源和太阳能科技公司、dean太阳能和三洋共同协作的结晶。“该电站并不是德意志银行首次涉足到可再生能源行业，到目前为止，德意志银行参与了50多个大型可再生能源项目，全球的总装机容量已经超过了850MW。”全球融资贷款项目主管Bernd Fislage表示。该项目中应用了32,000个三洋HIT组件总额达5417万澳元，占地19公顷。三洋HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)组件是一种混合型太阳能组件，结合了一层薄薄的单晶硅层覆于超薄的非晶硅层。三洋该款新组件最高效率可达21.2%，实际整体效率在18.6%左右。三洋HIT的高效使其已经成为很多商业项目以及澳大利亚住宅光伏系统的重要选择。因为其不仅高效且在高温下的产能也很好，体积小，为更多屋顶空间有限的住户安装提供了方便。三洋电机厚98m的薄型HIT太阳能电池转换效率达23.7关键词: 三洋电机HIT太阳能电池北极星太阳能光伏网讯:三洋电机采用98m厚的薄型Si单元的HIT（HeterojunctionwithIntrinsicThinLayer）太阳能电池，实现了23.7的转换效率。该公司2009年9月发布的22.8的转换效率（厚度为98m）又提高了0.9个百分点。超过了该公司在2009年2月发布，HIT单元目前最高的转换效率23.0（厚度在200m以上）。转换效率的提高主要得益于以下三点：（1）改进透明导电膜（TCO），提高了孔迁移率；（2）改进布线部分，减小了布线暗影的影响，同时降低了电阻值；（3）提高对短波长光的反应，减小了光学损失。上述改进措施的具体方法均未透露。通过上述改进，开路电压（Voc）达到745mV、短路电流（Isc）达到3.966A、填充系数（FF）达到80.9。单元面积为100.7cm2。此次转换效率的测定是由产业技术综合研究所在2011年5月31日实施的。发布会之后的提问中，有人询问在普通厚度的单元上应用此次成果的情况。对此，三洋电机表示“我们在研发中一直致力于降低成本，因此现有厚度的单元没有试用此次的成果”。结晶硅型太阳能电池的转换效率正在逐渐接近理论极限值。为了应对转换效率越来越难以提高的情况，三洋电机的研发正向在维持转换效率的情况下以单元薄型化来降低成本转移。日本最被认可的三洋HIT太阳能电池明年将投身于松下关键词: 太阳能太阳能电池三洋HIT北极星太阳能光伏网讯:最被认可的日本太阳能品牌之一三洋HIT太阳能电池明年将投身到松下品牌旗下。松下收购三洋的举动据说是松下巩固其名下多领域产品的品牌化战略的一部分。松下表示，收购后，三洋仍然负责松下集团能源部门的关键领域。松下新的财政年度将始于2012年4月1日，届时，三洋出产的太阳能电池组件将使用PanasonicHIT品牌。Solar&SmartEnergy总裁charlesHanasaki说：品牌的改变是松下集团扩大其太阳能业务的全球战略的一部分，相同的生产和销售结构和其高级的HIT太阳能组件都将继续，只不过都是冠上松下的品牌。此外，松下集团将继续投资太阳能业务，为我们的业务合作伙伴提供更高层次的服务，为客户提供更高质量、更高效率的组件。三洋的内置异质结面薄膜(HIT)技术于1997年推出，并迅速成为一个高度知名的品牌，其效率仅次于太阳能技术领军企业SunPower的太阳能电池效率。高效HIT太阳能光伏电池技术调研时间：2012-04-25 14:27:19 来源： 作者：HIT是HeterojunctionwithIntrinsicThin-layer的缩写,意为本征薄膜异（膜厚510nm）质结.HIT太阳能电池是以光照射侧的p/i型a-Si膜和背面侧的i/n型a-Si膜（膜厚510nm）夹住单结晶Si片的来构成的.图一.HIT太阳能光伏电池结构HIT太阳能光伏电池基板以硅基板为主；在硅基板上沉积高能隙(Energybandgap)的硅奈米薄膜，表层再沉积透明导电膜，背表面有着背表面电场。通过优化硅的表面织构，可以降低透明导电氧化层（TCO）和a-Si层的光学吸收损耗。HIT太阳能光伏电池抑制了p型、i型a-Si的光吸收率，而增强n型c-Si的光吸收率。HIT太阳能光伏电池在技术上的优势由于HIT太阳能电池使用a-Si构成pn结，所以能够在200以下的低温完成整个工序。和原来的热扩散型的结晶太阳电池的形成温度（900）相比较，大幅度地降低了制造工艺的温度。由于这种对称构造和低温工艺的特征，减少了因热量或者膜形成时产生的Si晶片的变形和热损伤，对实现晶片的轻薄化和高效化来说是有利的，具有业界领先的高转换效率（研究室水平为23，量产水平为20），即使在高温下，转换效率也极少降低，利用双面单元来提高发电量。高效HIT太阳能光伏电池技术调研(二)关键词: HIT太阳能光伏电池北极星太阳能光伏网讯:HIT太阳能光伏电池的伏安曲线分析HIT太阳能光伏电池里p/n异质结中所发现的正向电流特性(0.4V附近)的变化是由于a-Si顶层膜中存在的高密度间隙态，引起异质结部耗尽层的再复合而造成的。对此，在顶层和结晶Si之间插入高质量a-Si膜(i型a-Si膜)，通过顶层内的电场来抑制复合电流，这就是HIT构造。通过导入约5nm左右的薄膜i型a-Si层，可看到反向的饱和电流密度降低了约2个数量级。亦即通过导入i型a-Si层，能够大幅度提高Voc,见下图.图三暗状态时的I-V特性比较化学钝化和HIT太阳能光伏电池构造的寿命关系采用-PCD法测定HIT太阳能光伏电池的少子寿命。-PCD法得到的寿命值虽然同时反映了体复合速度和表面复合速度两方面，但由于是在同一批(LOT)里抽出相邻的芯片，所以可认为体(BULK)的影响基本相同，所不同的是表面的差异。根据下图可以发现，HIT构造的钝化性能要比化学钝化(CP法)更优异。图四化学钝化HIT太阳能光伏电池的Voc和寿命之间的依存性发现通过形成低损伤的a-Si膜和提高表面的清净度等可以提高寿命和Voc，Voc和寿命之间是一种正的线性关系。即HIT构造中的a-Si钝化性能的好坏和HIT太阳电池的Voc大小相关。所以，通过提高a-Si的钝化性能以提高寿命的方法可以认为对提高HIT太阳电池的输出电压是有效的。图五Voc和载流子寿命(us)的关系HIT太阳能光伏电池单晶体硅的表面清洁度更高，同时抑制了非晶硅层形成时对单晶体硅表面产生的损伤。通过这些改良，这种电池的电能输出功率损失下降，开路电压得到了提高。HIT太阳能光伏电池优异的温度特性HIT太阳能光伏电池Voc越高输出特性的温度依存性越小。也就是说，HIT太阳能光伏电池的高效率化技术中的这种钝化技术的开发(即高Voc化)带来了温度特性的提高。由于新电池在温度上升时发电量的损失降低，预计它的年发电量将比传统晶硅太阳能电池提升44%。图六HIT太阳能光伏电高效HIT光伏电池技术调研（三）关键词: 太阳能光伏电池光伏北极星太阳能光伏网讯:本文主要讲述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，气体在电场提供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，主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对于蓝光区，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。这说明对于本征层的钝化效果提高了蓝光光谱响应的结果，而对于硅片内部的损伤，则对红光部分，光谱相应降低，量子效率下降。对于这种情况，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，不会产生高能粒子轰击，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1011每平方厘米上升到1012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作用，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。高效HIT光伏电池技术调研（三）(2)关键词: 太阳能光伏电池光伏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。栅电极的优化设计如果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%。这取决于对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%.相对于传统晶硅电池，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需要相当大的能源，因此薄型也是一个重要因素。由此看来，如果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。HIT太阳能电池的发展概况关键词: 太阳能太阳能电池薄膜光伏北极星太阳能光伏网讯:引言能源危机和环境污染问题促进了清洁能源的广泛研究与应用开发。太阳能光伏发电是种利用光伏效应将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电技术，凶具有资源充足、清洁、安全、寿命长等优点，被认为是最有前途的可再生能源技术之一，已成为可再生能源技术中发展最快、最具活力的研究领域。日前国际光伏市场上的太阳能电池主要有晶体硅(包括单晶硅、多晶硅)、非晶/单晶异质结(HIT)、非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)薄膜及铜铟硒(CIS)薄膜太阳电池等。其中商品化的晶体硅太阳能电池仍占主流，其光电转化效率已达25%，但受到材料纯度和制备T艺限制，很难再提高其转化效率或降低成本;而非晶硅太阳能电池虽然能大面积生产，造价又低廉，但其转换效率仍比较低，并且稳定性差。为了降低成本同时保持高转换效率，近年来HIT电池得到了迅速的发展。这种异质结结构的电池是综合两者优点充分发挥各自长处的最佳设计。本文介绍了HIT电池的结构与特点，综述了HIT电池的发展现状，并对HIT电池的未来进行了展望。1、HIT太阳能电池的结构与特点1.1HIT太阳能电池的结构图1为HIT、太阳能电池的基本构造，其特征是以光照射侧的p-i型a-Si：H膜(膜厚5lOnm)和背面侧的i-n型a_Si：H膜(膜厚510nm)夹住晶体硅片，在两侧的顶层形成透明的电极和集电极，构成具有对称结构的HIT太阳能电池。1.2HIT太阳能电池的特点(1)低温工艺HIT电池结合了薄膜光伏电池低温(250)制造的优点，从而避免采用传统的高温(900)扩散工艺来获得p-n结。这种技术不仅节约了能源，而且低温环境使得a_Si：H基薄膜掺杂、禁带宽度和厚度等可以较精确控制，工艺上也易于优化器件特性;低温沉积过程中，单品硅片弯曲变形小，因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(约80m);同时低温过程消除了硅衬底在高温处理中的性能退化，从而允许采用“低品质”的晶体硅甚至多晶硅来作衬底。(2)高效率HIT电池独有的带本征薄层的异质结结构，在p_n结成结的同时完成r单晶硅的表面钝化，大大降低了表面、界面漏电流，提高了电池效率。目前HIT电池的实验室效率已达到23%，市售200W组件的电池效率达到19.5%。(3)高稳定性HIT电池的光照稳定性好，理沧研究表明非品硅薄膜/晶态硅异质结中的非晶硅薄膜没有发现Staebler-Wronski效应，从而不会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象;HIT电池的温度稳定性好，与单晶硅电池一0.5%/的温度系数相比，HIT电池的温度系数可达到一0.25%/，使得电池即使在光照升温情况下仍有好的输出“。(4)低成本HIT电池的厚度薄，可以节省硅材料;低温工艺可以减少能量的消耗，并且允许采用廉价衬底;高效率使得在相同输出功率的条件下可以减少电池的面积，从而有效降低了电池的成本。2、HIT太阳能电池的发展现状2.1HIT太阳能电池的技术发展状况1990年，日本Sanyo公司最早开始研究异质结太阳能电池。1992年，Tanaka等就创下p-a-Si：H/i-a-Si：H/n_c-Si结构太阳能电池光电转换效率18.1%的纪录，并将这种带有本征薄层的结构称之为HIT结构。此后，中国、美国、德国、法国、意大利、荷兰等同家也相继投入到HIT太阳能电池的研究中(表1为各国研究的HIT电池的种类、制备工艺以及电池所能达到的转换效率情况)。为进一步提高电池的效率，其研究主要侧重于以下几个方面。1)异质结能带结构的优化H1T电池与传统电池最大的区别就是非晶硅与晶体硅构成的异质结结构。通过设计异质结界面的势垒高度获得合适的能带结构，以提高电池的转换效率。以Sanyo公司HIT电池为例，在(p)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si的异质结结构中，非晶硅与单晶硅界面价带位错要小，以便收集空穴，同时导带的位错要尽可能大，以阻I七电子的通过。异质结势垒高度的设计主要是通过控制非晶硅薄膜的沉积参数来实现的。(2)非晶硅层的制备方法HIT电池的非晶硅层通常用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术进行制备。近年来，中科院研究生院张群芳等以及美国国家可再生能源实验室(NERL)T.H.Wang等口朝采用热丝增强化学气相沉积(HWCVD)技术制备了P型衬底的HIT电池。与PECVD相比，HWCVD产生的等离子能量较低，能有效避免离子的轰击，同时可产生用于预处理硅片表面的低能原子氢，制备过程中的粉尘较少，不易使a-Si：H薄层短路。此外，美国纽约州立大学的B.Jagannathan等还用直流磁控溅射技术制备了P型HIT电池，在0.3cm2的面积上得到了550mV的开路电压和30mA/cm2的短路电流。(3)背面场(BSF)的研究背面场能改善背面复合速率和背表面反射，从而提高开路电压、增大短路电流。制备背面场的传统方法有销合金法、硼扩散法、磷扩散法等，但这些工艺都需要高温过程，只能先制备背面场再沉积非晶硅簿膜。与HIT电池低温工艺兼容的制备工艺主要有在单晶硅背面沉积重掺杂非晶硅薄膜形成背面场。ToruSawada等用PECVD法在n型衬底上制备出HIT结构(i/na-Si)的背面场。该背面场利用了异质结的特性，不需要重掺杂就能形成。结果显示，HIT结构背面场达到了比热氧钝化更好的表面钝化效果。Y.Ves-chetti等u80还用光刻、硼离子注入实现了局部背面场(LocalBSF)，与全面积(Full)铝合金背面场相比，开路电压大大提高，达到了676mV，为P型HIT电池开路电压的最高值。H.D.Goldbach等用P“c-Si制作了P型HIT电池的背面场。因为c-Si比a-Si有更高的掺杂效率，所以能实现高浓度的掺杂，从而降低激活能，形成性能优良的背面场，提高电池转换效率。数值模拟结果表明，在n型衬底HIT电池的背面增加一层重掺杂的n+层可以起到背面场的作用，使电池的效率提高到24.35%。(4)衬底材料的选取衬底的类型不同，电池的转换效率也不同。TucciM等研究发现，n型衬底的HIT电池由于异质结能带结构方而的优势，其转换效率略高于P型衬底的太辟j能电池，但P型衬底太阳能电池对界面的要求较低，因此易于制备。T.H.Wang等分别用P型区熔(FZ)硅和直拉(CZ)硅作衬底制成了HIT电池，结果发现衬底为FZ硅太阳电池的效率高于CZ硅。美国国家可雨生能源实验室的WangQi等用HWCVD法在Fz衬底上制备的HIT太阳能电池的效率已达到19.1%。但是FZ硅的价格高于CZ硅，因此应从效率和成本两方新综合考虑，选择合适的衬底。另外，为了减小电池对入射光的反射牢，绒面衬底也被应用到HIT电池中，并且取得了租好的减反射效果。(5)发射极材料的革新为了减少非晶硅层对入射光的吸收，可采用宽带隙材料如微晶硅(c-Si)、纳晶硅(nc-Si)等作为发射极，提高光的透过率。CSummontc等用RF-PECVD技术，通过高氢气稀释的气源，在P型衬底上制备了n型c-Si发射极，结果显示，与a-Si发射极相比，HIT电池的短路电流和转换效率有明显提高。中科院半导体所许颖等也用RF-PECVD在p型衬底上制备出了n型nc-Si发射极。除PECVD法以外，中科院研究生院的张群芳等还用HWCVD法制备c-Si发射极。另外，J.Danmon-Lacoste等用PECVD法在形成多态硅(pm-Si)的条件下制各了HIT电池的本征层，测试结果显示pm-Si的载流于有效寿命比a-Si高出1个数量级。2.2Hrr太阳能电池的产业化状况HIT电池模块自1997年投人市场吼来发展极为迅速。图2为2004年各类太阳能电池所占市场份额，由图2可知，短短数年问HIT电池已占据世界光伏市场5%的市场份额。在研究及其大规模产业化的过程中，Sanyo做出了重要贡献。自1991年HIT电池的研究工作取得突破性进展，在1cm2面积上制备出转换效率为20.0%的HIT电池以来，Sanyo公司在工业化生产中推出了名为HITPower21的电池组件，转换效率高达17.39%，它由96片HIT电池组成.输出功率为180W。同时，Sanyo公司还推出了能替代屋顶瓦片的高性价比太阳电池模块(HITpowerroof)。双面模块(HITpowerdouble)也随后面世，特别适合安装在地面以及围墙等设施上。2003年4月，Sanyo公司推出了输出功率为200W的HIT电池模块.模块的电池转换效率达到19.5%，模块效率为17%，并且温度特性有大幅提高，年发电量比传统太阳电池多出43%。2006年，HIT电池的最高转换效率达到21.8%，270W的HIT电池模块首先在欧洲上市，工程中太阳能电池模块的用量可再减少约25%。2009年5月，Sanyo公司又将HIT池的转化效率提高到23%的世界纪录。同年9月，该公司又以厚度仅为此前1/2左右的98m的HIT太阳能电池实现了22.8%的电池单元转化效率(开路电压(Voc)为0.743，短路电流(Isc)为38.8mA/cm2.填充因子(FF)为79.1%.电池单元面积为100.3cm2)。虽然厚度减半，但电弛单元转换效率却只降低了0.2%。由于减少了占成本1/2的硅的使用量.从而为HIT电池的低成本化开辟了道路。同时Sanyo计划近期将此技术应用于量产，并在FY2013赢得日本光伏市场的最大份额，从而显示出HIT电池具有极大的发展潜力。德国在软件模拟计算中取得了较大的进步.使转化效牢提高到了19.8%;美国研究的HIT电池效率也达到了19.1%。但是由于核心工艺技术和关键设备技术产业化生产工艺还不是很成熟.产业化电池效率不是很高，他们将在今后的研究中大力改进工艺，实现大规模产业化生产。3、结束语HIT电池虽然发展很迅速，但是仍然存在许多问题。出于生产过程中的每一步工艺要求都很严格，所以在保证高效的情况下，大规模的量产还需要进一步的研究。HIT电弛虽然效率已选23%，成本也在逐渐降低，但发电成本仍然远高于传统方法的发电成本。目前，HIT电池研究最多的是非晶硅/单晶硅异质结电池，其中廉价非晶硅的用量很少，而价格昂贵的单晶硅仍占多数。因此，为了满足国民生产对太阳能电池组件的需求.在以后的研究中，一方面应大力开发新技术在保证电池转换效率的前提下降低HIT电池的厚度;另一方面用廉价材料代替价格昂贵的单晶硅材料来降低成本，如多晶硅。同时也可以通过开发新技术来降低单晶硅的生产成本。