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高效HIT光伏電池技術調研分析

鉅大LARGE  |  點擊量:1440次  |  2020年05月29日  

本文重要講述HIT太陽能光伏電池的制造工藝、工藝改進以及HIT太陽能光伏電池的市場展望:


一、HIT太陽能光伏電池的制作工藝


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


pECVD法制備a-Si:H薄膜


利用等離子里中豐富的活性粒子來進行低溫沉積一直是a-Si:H制備的重要方法。在真空狀態下給氣體施加電場,氣體在電場供應的能量下會有氣態轉變為等離子體狀態。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,重要性質發生了本質的變化,是一種新物質聚集態。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下會得到足夠多的能量(2-5eV),通過與分子的碰撞將其電離,激發。


pECVD的缺點表現在兩個方面,一是它的不穩定性,二是電子和離子的輻射會對所沉積的薄膜構成化學結構上的損傷。等離子體作為準中性氣體,它的狀態容易被外部條件的改變而發生變化。襯底表面的帶電狀態,反應器壁的薄膜附著,電源的波動,氣體的流速都會改變活性粒子的種類和數量,并且等離子體的均勻性也難以控制,這樣都會改變襯底的狀態。等離子體中的離子轟擊和光子輻照,除了會影響沉積膜的質量,還會影響下面的硅襯底。


光譜響應的研究結果表明關于藍光區,HIT太陽能光伏電池的光譜相應提高,而在紅光區,光譜相應變低。這說明關于本征層的鈍化效果提高了藍光光譜響應的結果,而關于硅片內部的損傷,則對紅光部分,光譜相應降低,量子效率下降。關于這種情況,可以下調等離子體的功率,但是同時也會降低等離子體的穩定性。


HWCVD熱絲化學氣相沉積制備a-Si:H薄膜


是利用熱絲對氣體進行催化和分解的軟性過程,不會出現高能粒子轟擊,對襯底的損傷較小,可以容易的移入或者移出沉積室,能夠方便從實驗室轉換到生產線上。在HIT太陽能光伏電池中,非晶硅發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,這樣會導致高缺陷,這樣界面面積和缺陷態密度的增大會導致高的暗電流,繼而開路電壓也會減低。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太陽能光伏電池工藝的改良方向


提高界面鈍化效果


當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,電池效率會降低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穿過本征非晶硅而和a-Si:H薄膜中的缺陷態相互用途,這樣構成了載流子的復合通道。可以使用多形硅來作為鈍化層,因為它具有更低的缺陷態密度和暗電流。


光陷結構和表面清洗


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


柵電極的優化設計


假如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%。這取決于關于銀漿的流變學研究和絲網印刷的改進。


三、HIT光伏電池的市場展望


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


相關于傳統晶硅電池,HIT太陽能光伏電池相對更加環保;可實現薄型化,所以使用少量的硅即可。制作硅晶圓等時實際上要相當大的能源,因此薄型也是一個重要因素。由此看來,假如追求更加環保的方式,HIT太陽能光伏電池是最佳選擇。HIT太陽能光伏電池單元實現超薄對公司來說,還具有降低制造成本的效果。從成本來看,在HIT太陽能光伏電池等結晶硅型太陽能電池單元中,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。


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