淺析關(guān)于HIT太陽能電池的發(fā)展?fàn)顩r

能源危機(jī)和環(huán)境污染問題促進(jìn)了清潔能源的廣泛研究與應(yīng)用開發(fā)。太陽能光伏發(fā)電是～種利用光伏效應(yīng)將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電技術(shù)，兇具有資源充足、清潔、安全、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的可再生能源技術(shù)之一，已成為可再生能源技術(shù)中發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。日前國際光伏市場上的太陽能電池主要有晶體硅（包括單晶硅、多晶硅）、非晶／單晶異質(zhì)結(jié)（HIT）、非晶硅薄膜、碲化鎘（CdTe）薄膜及銅銦硒（CIS）薄膜太陽電池等。其中商品化的晶體硅太陽能電池仍占主流，其光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)25％，但受到材料純度和制備T藝限制，很難再提高其轉(zhuǎn)化效率或降低成本；而非晶硅太陽能電池雖然能大面積生產(chǎn)，造價又低廉，但其轉(zhuǎn)換效率仍比較低，并且穩(wěn)定性差。

為了降低成本同時保持高轉(zhuǎn)換效率，近年來HIT電池得到了迅速的發(fā)展。這種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的電池是綜合兩者優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮各自長處的最佳設(shè)計。本文介紹了HIT電池的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，綜述了HIT電池的發(fā)展現(xiàn)狀，并對HIT電池的未來進(jìn)行了展望。

1、HIT太陽能電池的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

1.1 HIT太陽能電池的結(jié)構(gòu)

圖1為HIT、太陽能電池的基本構(gòu)造，其特征是以光照射側(cè)的p-i型a-Si：H膜（膜厚5～lOnm）和背面?zhèn)鹊膇-n型a_Si：H膜（膜厚5～10nm）夾住晶體硅片，在兩側(cè)的頂層形成透明的電極和集電極，構(gòu)成具有對稱結(jié)構(gòu)的HIT太陽能電池。

1.2 HIT太陽能電池的特點(diǎn)

（1）低溫工藝

HIT電池結(jié)合了薄膜太陽能電池低溫（《250℃）制造的優(yōu)點(diǎn)，從而避免采用傳統(tǒng)的高溫（》900℃）擴(kuò)散工藝來獲得p-n結(jié)。這種技術(shù)不僅節(jié)約了能源，而且低溫環(huán)境使得a_Si：H基薄膜摻雜、禁帶寬度和厚度等可以較精確控制，工藝上也易于優(yōu)化器件特性；低溫沉積過程中，單品硅片彎曲變形小，因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值（約80μm）；同時低溫過程消除了硅襯底在高溫處理中的性能退化，從而允許采用“低品質(zhì)”的晶體硅甚至多晶硅來作襯底。

（2）高效率

HIT電池獨(dú)有的帶本征薄層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在p_n結(jié)成結(jié)的同時完成r單晶硅的表面鈍化，大大降低了表面、界面漏電流，提高了電池效率。目前HIT電池的實(shí)驗室效率已達(dá)到23％，市售200W組件的電池效率達(dá)到19.5％。

（3）高穩(wěn)定性

HIT電池的光照穩(wěn)定性好，理滄研究表明非品硅薄膜／晶態(tài)硅異質(zhì)結(jié)中的非晶硅薄膜沒有發(fā)現(xiàn)Staebler-Wronski效應(yīng)，從而不會出現(xiàn)類似非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率因光照而衰退的現(xiàn)象；HIT電池的溫度穩(wěn)定性好，與單晶硅電池一0.5％／℃的溫度系數(shù)相比，HIT電池的溫度系數(shù)可達(dá)到一0.25％／℃，使得電池即使在光照升溫情況下仍有好的輸出‘“。

（4）低成本

HIT電池的厚度薄，可以節(jié)省硅材料；低溫工藝可以減少能量的消耗，并且允許采用廉價襯底；高效率使得在相同輸出功率的條件下可以減少電池的面積，從而有效降低了電池的成本。2、HIT太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 HIT太陽能電池的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1990年，日本Sanyo公司最早開始研究異質(zhì)結(jié)太陽能電池。1992年，Tanaka等就創(chuàng)下p-a-Si：H／i-a-Si：H／n_c-Si結(jié)構(gòu)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率18.1％的紀(jì)錄，并將這種帶有本征薄層的結(jié)構(gòu)稱之為HIT結(jié)構(gòu)。此后，中國、美國、德國、法國、意大利、荷蘭等同家也相繼投入到HIT太陽能電池的研究中（表1為各國研究的HIT電池的種類、制備工藝以及電池所能達(dá)到的轉(zhuǎn)換效率情況）。為進(jìn)一步提高電池的效率，其研究主要側(cè)重于以下幾個方面。

（1）異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

H1T電池與傳統(tǒng)電池最大的區(qū)別就是非晶硅與晶體硅構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計異質(zhì)結(jié)界面的勢壘高度獲得合適的能帶結(jié)構(gòu)，以提高電池的轉(zhuǎn)換效率。以Sanyo公司HIT電池為例，在（p）a-Si／（i）a-Si／（n）c-Si的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中，非晶硅與單晶硅界面價帶位錯要小，以便收集空穴，同時導(dǎo)帶的位錯要盡可能大，以阻I七電子的通過。異質(zhì)結(jié)勢壘高度的設(shè)計主要是通過控制非晶硅薄膜的沉積參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。