這，就是HJT

:近兩年，國內(nèi)HJT產(chǎn)能迅速擴張，特別是2018年HJT快速發(fā)展。在PERC已成為產(chǎn)業(yè)主流的今天，許多企業(yè)投資巨額資金布局HJT以博取在未來贏得“領(lǐng)跑權(quán)”。

晶硅異質(zhì)結(jié)HJT太陽能電池技術(shù)經(jīng)歷了多年發(fā)展，目前已經(jīng)接近成本與價格相匹配的臨界點，且未來成本降低空間很大，加上其本身高效率和高發(fā)電能力，在未來非常有希望占據(jù)晶硅組件的高端市場份額，成為組件差異化的重要代表之一。

今天，文章主要包含3部分內(nèi)容：1.當前HJT技術(shù)的研究進展與產(chǎn)業(yè)化進展（包括2019SNEC企業(yè)的TOPCon與HJT版型與功率水平）。2.HJT技術(shù)的基本知識。3.未來提效方法。4.降本途徑。

以下來源于2019摩爾光伏《HJT量產(chǎn)技術(shù)報告》。

以下數(shù)據(jù)未包含HBC。

2019SNEC展會上TOPCon與HJT的相關(guān)版型與組件功率：

非晶硅薄膜太陽能電池雖然可以使用低溫工藝制備且制備工藝簡單，成本較低，適合大面積生產(chǎn)，但是嚴重的Staebler-Wronski效應(yīng)影響了電池性能的穩(wěn)定性，而且電池的轉(zhuǎn)換效率偏低，限制了其發(fā)展。為了保持高的轉(zhuǎn)換效率同時實現(xiàn)降低成本，利用非晶硅薄膜/單晶硅襯底異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的HIT電池引起了人們極大的興趣，其結(jié)合了單晶硅和非晶硅太陽能電池的優(yōu)點，如穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)換效率高，成本低廉，低溫工藝等。其中的穩(wěn)定性包括光照穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性:光照穩(wěn)定性好具體指HIT太陽能電池的Staebler-Wronski效應(yīng)很弱甚至不存在［1］;溫度穩(wěn)定性好意味著HIT電池在溫度系數(shù)等方面甚至好于晶硅電池，其溫度系數(shù)僅為－0.25%/℃［2］(單晶硅電池的溫度系數(shù)為－0.5%/℃)，使得HIT太陽能電池即使在光照升溫的情況下仍然具有很好的輸出。若是HIT具有對稱結(jié)構(gòu)還可以雙面發(fā)電，更加充分地利用光能。目前，HIT太陽能電池的效率達26.7%［3］，為日本Kaneka公司于2017年研發(fā)。HIT電池之所以具有高效率，原因之一是其具有獨特的本征非晶硅薄層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，非晶硅層不僅用于完成p-n結(jié)的制備，同時也完成了單晶硅表面的鈍化，并且起到了調(diào)節(jié)能帶偏移，降低界面態(tài)密度的重要作用，從而很大程度上減小了表面和界面漏電流，增加了開路電壓，電池的轉(zhuǎn)換效率隨之得到提高，可見HIT太陽能電池具有十分廣闊的應(yīng)用市場和前景。

2.HIT太陽能電池的結(jié)構(gòu)與原理

2．1HIT太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)

下面圖1簡單示意了HIT電池結(jié)構(gòu)，存在本征非晶硅薄膜層(i-a-Si)是此結(jié)構(gòu)中最重要的一點。其特點是正面(光照射一面)和背面都是薄本征非晶層(i-a-Si)和p+或n+的非晶硅層(a-Si)，中間部分為單晶硅(c-Si)，另外在兩側(cè)非晶硅的外面制備透明的電極以及集電極，行成了擁有對稱結(jié)構(gòu)的HIT太陽能電池。其中兩側(cè)的非晶硅層的膜厚一般大約為5～10nm，而中間的c-Si層厚度最小可取襯底光吸收材料的光學(xué)所要求的最低值(約80μm)［4］。如圖1結(jié)構(gòu)所示，根據(jù)襯底材料的不同大致可分為兩種結(jié)構(gòu)，TCO/n+-a-Si/i-a-Si/p-c-Si/i-a-Si/p+-a-Si/TCO型以及TCO/p+-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/i-a-Si/n+-a-Si/TCO型。整個工藝過程制備得到的HIT太陽能電池的厚度非常薄，日本松下公司研制得到了厚度僅為98μm的HIT太陽能電池，而且效率高達24.7%［5］。

在HIT太陽能電池結(jié)構(gòu)中，本征非晶硅層是至關(guān)重要的一層。a-Si層的禁帶寬度Eg約為1.7～1.9eV，c-Si的禁帶寬度Eg約為1.12eV，兩者的能帶存在不匹配的現(xiàn)象，所以在界面處會發(fā)生能帶的不連續(xù)。i-a-Si插入二者之間，其作為緩沖層首先可以鈍化a-Si/c-Si界面處的懸掛鍵，其次i-a-Si可以減小a-Si/c-Si界面處勢壘、調(diào)節(jié)能帶偏移、減少漏電流。另一方面，a-Si/c-Si界面態(tài)密度較高，會導(dǎo)致較高的復(fù)合電流，此時，高質(zhì)量薄i-a-Si層的重要作用就會顯現(xiàn)出來，將其插入兩者中間，將會很大程度上減少懸掛鍵并降低a-Si/c-Si界面態(tài)密度，從而降低了復(fù)合電流，增加了開路電壓。另外i-a-Si層的隙態(tài)密度也要比摻雜a-Si中隙態(tài)密度(達1018cm－3)小很多，僅為1015～1016cm－3，能很大程度地抑制隧穿電流的產(chǎn)生［6］，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率，增大輸出，實現(xiàn)高效率的硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池。

2．2HIT太陽能電池的工作原理

以n型單晶硅為襯底的電池為例，HIT太陽電池的工作原理［7］:當光照在HIT電池表面上時，首先被p+-a-Si層吸收，作為激發(fā)產(chǎn)生載流子的能量。p+-a-Si和n-c-Si形成p-n結(jié)，跟同質(zhì)p-n結(jié)一樣，在內(nèi)建電場的作用下，p區(qū)中的少數(shù)載流子(光生電子e－)將會漂移到n-c-Si中，n-c-Si中的少數(shù)載流子(空穴h+)同樣會受力漂移到p+-a-Si層，于是在異質(zhì)結(jié)兩側(cè)就會隨之出現(xiàn)光生電荷的聚集累積，從而產(chǎn)生光電壓，產(chǎn)生了異質(zhì)結(jié)的光生伏特效應(yīng)。

在HIT太陽能電池結(jié)構(gòu)里，n-c-Si為吸收層，光學(xué)帶隙比較小，大概1.12eV左右，c-Si的作用:一是形成p-n結(jié)，產(chǎn)生內(nèi)建電場;二是在光照條件下產(chǎn)生載流子(作為吸收層);三是與背面a-Si形成背電場。i-a-Si層十分重要，它的作用是鈍化c-Si，減少載流子的復(fù)合從而增大電流。n+-a-Si作為背電場，與n型的c-Si形成n-n+結(jié)構(gòu)，形成n+區(qū)指向n區(qū)的內(nèi)建電場，相當于一個鈍化場，極大地減小了載流子的復(fù)合。透明導(dǎo)電氧化物TCO，如ITO等，作為電極。另外a-Si層和TCO層的光學(xué)帶隙分別為1.7eV和4.0eV左右，比c-Si帶隙大有利于更多的光到達c-Si層。

2．3HIT太陽能電池的特點

HIT電池采用非晶硅薄膜/單晶硅襯底異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，這是HIT太陽電池與傳統(tǒng)電池最大的不同之處，它結(jié)合了單晶硅和非晶硅太陽能電池的優(yōu)點，主要包括下列幾個方面:

(1)簡單的對稱結(jié)構(gòu)

HIT太陽能電池結(jié)構(gòu)簡單，且具有對稱特性，不需要復(fù)雜的制備工藝技術(shù)，有利用電池的薄片化，大大地減少了成本;簡單的結(jié)構(gòu)允許低溫過程制備，減少了能量的消耗，并能得到較長的少子壽命，從而有利用得到性能優(yōu)異的HIT電池。正反兩面都采用柵狀電極結(jié)構(gòu)，形成雙面電池，這樣的對稱特性有利于降低整個器件在工作過程的熱量并且起到了降低機械應(yīng)力的作用，同時，這樣的結(jié)構(gòu)使背面允許有光的進入，作為雙面電池使用，不僅增大了太陽光的利用率，還同時提高了電池的轉(zhuǎn)換效率。

(2)非晶硅層的利用

非晶硅層一方面有利于寬譜帶的吸收，因為其禁帶寬度要大于晶體硅的禁帶寬度，晶體硅同質(zhì)結(jié)太陽能電池可吸收太陽能的波長范圍在大概在0.3～1.1μm，該波長范圍的光占總波長的46%［8］，非晶硅的利用可以吸收晶體硅不能利用的波長較小的光，起到展寬太陽能吸收光譜的作用，從而達到提高轉(zhuǎn)換效率的作用;另一方面，非晶硅層與晶體硅形成的異質(zhì)結(jié)可以增大內(nèi)建電場，增大注入結(jié)兩側(cè)的非平衡少子電流，從而起到了增大短路電流和開路電壓的作用。

(3)低溫工藝

HIT太陽能電池由于采用a-Si層與c-Si來形成p-n結(jié)，因此不存在傳統(tǒng)制備p-n結(jié)的高溫過程，在低溫(＜250℃)下就可以制備完成，由此一方面能夠節(jié)約能源，另一方面也可以較地精確控制a-Si∶H薄膜的摻雜和厚度，從而在工藝上器件特性易于優(yōu)化;采用低溫技術(shù)可得到較長的少子壽命，使電池具有優(yōu)越的性能;除此之外，襯底材料可采用“低質(zhì)量”且廉價的晶體硅，甚至多晶硅，因為低溫過程不會對硅襯底造成性能方面的退化;在襯底厚度方面，可選擇作為襯底光吸收材料的光學(xué)所要求的最低值(約80μm)，原因是單晶硅片在低溫沉積過程中彎曲和變形程度小，不會對電池的性能產(chǎn)生不利影響?？梢姡蜏刂苽溥^程帶來的不僅是工藝上優(yōu)勢，也很大程度上節(jié)約了電池的成本。

(4)高效率

HIT太陽能電池效率達到了26.7%［3］，且具有比體硅電池更高的開路電壓Voc，原因之一就是其獨特的具有i-a-Si層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其重要性如前所述，作為緩沖層不僅減少了表面的懸掛鍵，鈍化了異質(zhì)結(jié)界面，還調(diào)節(jié)了能帶偏移，減少了界面態(tài)密度，從而減小了隧穿電流，增大了開路電壓Voc，電池的轉(zhuǎn)換效率隨之得到提高。這種雙面對稱結(jié)構(gòu)的電池可以充分地利用太陽能，封裝成雙面電池組件后，其年平均發(fā)電量與單面電池組件相比多出10%以上［9］，帶來更大的效益。

(5)高穩(wěn)定性

人們發(fā)現(xiàn)在非晶硅薄膜太陽能電池中，隨著光照時間延長，其轉(zhuǎn)換效率會有所下降，即Staebler-Wronski效應(yīng)，而在HIT太陽能電池的a-Si∶H中并沒有發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，這就使得在長時間的光照情況下也能得到較好的輸出，因此，HIT太陽能電池的光照穩(wěn)定性很好;另外，HIT電池的溫度穩(wěn)定性也同樣優(yōu)秀，因為HIT電池的溫度系數(shù)僅為－0.25%/℃，遠優(yōu)于單晶硅電池的溫度系數(shù)－0.5%/℃，因此HIT電池在長時間光照溫度升高的情況下，仍然會有高輸出和高轉(zhuǎn)換效率。

(6)低成本

如前所述，HIT太陽能電池的厚度較薄且可以保持襯底硅片不變形，可以很大程度上節(jié)省硅材料，如日本松下公司制備出厚度僅為98μm但效率高達24.7%的HIT太陽能電池［5］，也曾嘗試過58μm厚度的HIT太陽能電池，得到的結(jié)果是其開路電壓Voc高達747mV，但電流密度偏低［10］;另外，低溫制備過程不僅可以減少過多的能量損耗，并且因為低溫損傷小可允許使用“低質(zhì)量”廉價的襯底。從而使電池逐漸向低成本，高效率的方向不斷發(fā)展，擴大市場應(yīng)用范圍。

(7)發(fā)電量大

HIT太陽能電池具有普通晶硅電池更大的轉(zhuǎn)換效率，其單位面積的發(fā)電量會比常規(guī)的太陽能電池組件多大概27%的發(fā)電量［11］，這使得在相同可利用面積的情況下，HIT太陽能電池組件的應(yīng)用更加有利。另外由于其溫度穩(wěn)定性優(yōu)異，所以在高溫環(huán)境下也能帶來高的發(fā)電量，在組件溫度達到82℃的情況下，其發(fā)電量仍然能比常規(guī)太陽能電池多13%左右［12］。還有HIT電池的雙面對稱結(jié)構(gòu)的利用，使正面和背面都可發(fā)電，充分利用太陽光能，其年平均發(fā)電量與單面電池組件相比多出10%以上［9］。這種高效率和大發(fā)電量讓HIT太陽能電池在市場化應(yīng)用中占有有利地位，特別適合分布式發(fā)電，尤其是屋頂光伏電站。

(8)適合大面積生產(chǎn)

HIT電池的工藝簡便快速，可在短時間內(nèi)完成整個電池的制作，耗時短，很大程度上減少人力物力的浪費，特別是在市場商業(yè)化的應(yīng)用上，能極大地節(jié)省成本，有利用大面積生產(chǎn)的市場化應(yīng)用。另一方面，HIT電池高的轉(zhuǎn)化效率和大的發(fā)電量使它在市場化應(yīng)用上具有更大的吸引力，而且它應(yīng)用靈活，安裝方便，可與建筑物結(jié)合，不需要支架，可作為屋頂?shù)耐咂褂茫?3］，甚至可以垂直安裝，作為圍欄等方面。日本的松下公司已成功的將其進行了市場化應(yīng)用，可用于屋頂和汽車等方面，該公司于2011年產(chǎn)業(yè)化的HIT太陽能電池組件功率達到了240W，所用電池效率為21.6%，組件效率達到了19%，2014年組件的轉(zhuǎn)換效率升級為19.4%［14］。