高效HIT光伏電池技術(shù)調(diào)研（三）

本文主要講述HIT太陽(yáng)能光伏電池的制造工藝、工藝改進(jìn)以及HIT太陽(yáng)能光伏電池的市場(chǎng)展望：

一、HIT太陽(yáng)能光伏電池的制作工藝

HIT太陽(yáng)能光伏電池的關(guān)鍵技術(shù)是a-Si:H薄膜的沉積，要求沉積的本征a-Si:H薄膜的缺陷態(tài)密度低，摻雜a-Si:H的摻雜效率高且光吸收系數(shù)低，最重要的是最終形成的a-Si:H/Si界面的態(tài)密度要低。目前，普遍采用的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）沉積本征及摻雜的a-Si:H膜，同時(shí)熱絲化學(xué)氣相沉積法（HWCVD）制備a-Si:H法也被認(rèn)為很有前景。

PECVD法制備a-Si:H薄膜

利用等離子里中豐富的活性粒子來(lái)進(jìn)行低溫沉積一直是a-Si:H制備的重要方法。在真空狀態(tài)下給氣體施加電場(chǎng)，氣體在電場(chǎng)提供的能量下會(huì)有氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體狀態(tài)。其中含有大量的電子、離子、光子和各類自由基等活性粒子。等離子體是部份離子化的氣體，與普通氣體相比，主要性質(zhì)發(fā)生了本質(zhì)的變化，是一種新物質(zhì)聚集態(tài)。等離子體中放置其中的襯底可以保持在室溫，而電子在電廠的激發(fā)下會(huì)得到足夠多的能量（2-5eV），通過(guò)與分子的碰撞將其電離，激發(fā)。

PECVD的缺點(diǎn)表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是它的不穩(wěn)定性，二是電子和離子的輻射會(huì)對(duì)所沉積的薄膜構(gòu)成化學(xué)結(jié)構(gòu)上的損傷。等離子體作為準(zhǔn)中性氣體，它的狀態(tài)容易被外部條件的改變而發(fā)生變化。襯底表面的帶電狀態(tài)，反應(yīng)器壁的薄膜附著，電源的波動(dòng)，氣體的流速都會(huì)改變活性粒子的種類和數(shù)量，并且等離子體的均勻性也難以控制，這樣都會(huì)改變襯底的狀態(tài)。等離子體中的離子轟擊和光子輻照，除了會(huì)影響沉積膜的質(zhì)量，還會(huì)影響下面的硅襯底。

光譜響應(yīng)的研究結(jié)果表明對(duì)于藍(lán)光區(qū)，HIT太陽(yáng)能光伏電池的光譜相應(yīng)提高，而在紅光區(qū)，光譜相應(yīng)變低。這說(shuō)明對(duì)于本征層的鈍化效果提高了藍(lán)光光譜響應(yīng)的結(jié)果，而對(duì)于硅片內(nèi)部的損傷，則對(duì)紅光部分，光譜相應(yīng)降低，量子效率下降。對(duì)于這種情況，可以下調(diào)等離子體的功率，但是同時(shí)也會(huì)降低等離子體的穩(wěn)定性。

HWCVD熱絲化學(xué)氣相沉積制備a-Si:H薄膜

是利用熱絲對(duì)氣體進(jìn)行催化和分解的軟性過(guò)程，不會(huì)產(chǎn)生高能粒子轟擊，對(duì)襯底的損傷較小，可以容易的移入或者移出沉積室，能夠方便從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)線上。在HIT太陽(yáng)能光伏電池中，非晶硅發(fā)射極和晶體硅之間夾著5納米后，缺陷密度低于非晶硅的本征非晶硅薄膜。

HWCVD的缺點(diǎn)在于非晶硅的外延可以穿透5納米后的本征薄膜而與晶體硅直接接觸，這樣會(huì)導(dǎo)致高缺陷，這樣界面面積和缺陷態(tài)密度的增大會(huì)導(dǎo)致高的暗電流，繼而開路電壓也會(huì)減低。在制備中將溫度控制在200度以下能夠抑制非晶硅的外延。

二、HIT太陽(yáng)能光伏電池工藝的改良方向

提高界面鈍化效果

當(dāng)非晶硅和晶體硅的界面陷阱密度由10^11每平方厘米上升到10^12每平方厘米時(shí)，電池效率會(huì)降低20%。本征非晶硅的鈍化效果由于a-Si:H薄膜的存在而變差，這可能是襯底中的少子波函數(shù)穿過(guò)本征非晶硅而和a-Si:H薄膜中的缺陷態(tài)相互作用，這樣構(gòu)成了載流子的復(fù)合通道。可以使用多形硅來(lái)作為鈍化層，因?yàn)樗哂懈偷娜毕輵B(tài)密度和暗電流。

光陷結(jié)構(gòu)和表面清洗

將制絨后的織構(gòu)表面層使用硫酸和雙氧水進(jìn)行氧化，然后使用使用濃度為1%的氫氟酸進(jìn)行60到180秒的腐蝕，這樣可以去除缺陷層來(lái)使粗糙度降低，接近拋光硅的效果。

柵電極的優(yōu)化設(shè)計(jì)

如果可以去除柵線的延展部分，縱橫比提高1.0以后，效率可以在提高1.6%。這取決于對(duì)于銀漿的流變學(xué)研究和絲網(wǎng)印刷的改進(jìn)。

三、HIT光伏電池的市場(chǎng)展望

目前，市面上的HIT太陽(yáng)能光伏電池全部來(lái)源于松下下屬的三洋公司。三洋的HIT太陽(yáng)能光伏電池轉(zhuǎn)換率最高為20.2%，該款太陽(yáng)能電池的模組轉(zhuǎn)換率可達(dá)17.8%.

相對(duì)于傳統(tǒng)晶硅電池，HIT太陽(yáng)能光伏電池相對(duì)更加環(huán)保；可實(shí)現(xiàn)薄型化，所以使用少量的硅即可。制作硅晶圓等時(shí)實(shí)際上需要相當(dāng)大的能源，因此薄型也是一個(gè)重要因素。由此看來(lái)，如果追求更加環(huán)保的方式，HIT太陽(yáng)能光伏電池是最佳選擇。HIT太陽(yáng)能光伏電池單元實(shí)現(xiàn)超薄對(duì)公司來(lái)說(shuō)，還具有降低制造成本的效果。從成本來(lái)看，在HIT太陽(yáng)能光伏電池等結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池單元中，硅晶圓在總成本中所占的比例非常大，減薄其厚度是降低成本的重點(diǎn)。