HIT電池生產(chǎn)流程

【專家解說】：HIT電池簡(jiǎn)介 HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的縮寫,意為本征薄膜異質(zhì)結(jié). HIT太陽能電池是以光照射側(cè)的p/i型a-Si膜（膜厚5～10nm）和背面?zhèn)鹊膇/n型a-Si膜（膜厚5～10nm）夾住單結(jié)晶Si片的來構(gòu)成的. 圖一. 電池基板以硅基板為主；在硅基板上沉積高能隙 (Energy band gap)的硅奈米薄膜，表層再沉積透明導(dǎo)電膜，背表面有著背表面電場(chǎng)。 通過優(yōu)化硅的表面織構(gòu)，可以降低透明導(dǎo)電氧化層（TCO）和a-Si層的光學(xué)吸收損耗。HIT電池抑制了p型、i型a-Si的光吸收率，而增強(qiáng)n型c-Si的光吸收率。 圖二. HIT電池在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì) 由于HIT太陽能電池使用a-Si構(gòu)成pn結(jié)，所以能夠在200℃以下的低溫完成整個(gè)工序。和原來的熱擴(kuò)散型的結(jié)晶太陽電池的形成溫度（～900℃）相比較，大幅度地降低了制造工藝的溫度。由于這種對(duì)稱構(gòu)造和低溫工藝的特征，減少了因熱量或者膜形成時(shí)產(chǎn)生的Si晶片的變形和熱損傷，對(duì)實(shí)現(xiàn)晶片的輕薄化和高效化來說是有利的，具有業(yè)界領(lǐng)先的高轉(zhuǎn)換效率（研究室水平為23％，量產(chǎn)水平為20％），即使在高溫下，轉(zhuǎn)換效率也極少降低，利用雙面單元來提高發(fā)電量。 HIT電池的伏安曲線分析: HIT電池里p/n 異質(zhì)結(jié)中所發(fā)現(xiàn)的正向電流特性（0.4V 附近）的變化是由于a-Si 頂層膜中存在的高密度間隙態(tài)，引起異質(zhì)結(jié)部耗盡層的再?gòu)?fù)合而造成的。對(duì)此，在頂層和結(jié)晶Si之間插入高質(zhì)量a-Si 膜（i 型a-Si 膜），通過頂層內(nèi)的電場(chǎng)來抑制復(fù)合電流，這就是HIT 構(gòu)造。通過導(dǎo)入約5nm 左右的薄膜i 型a-Si 層，可看到反向的飽和電流密度降低了約2個(gè)數(shù)量級(jí)。亦即通過導(dǎo)入i 型a-Si 層，能夠大幅度提高Voc,見下圖. 圖三 化學(xué)鈍化和HIT 構(gòu)造的壽命關(guān)系 采用μ-PCD 法測(cè)定HIT電池的少子壽命。μ-PCD 法得到的壽命值雖然同時(shí)反映了體復(fù)合速度和表面復(fù)合速度兩方面，但由于是在同一批（LOT）里抽出相鄰的芯片，所以可認(rèn)為體（BULK）的影響基本相同，所不同的是表面的差異。根據(jù)下圖可以發(fā)現(xiàn)，HIT 構(gòu)造的鈍化性能要比化學(xué)鈍化（CP 法）更優(yōu)異。 圖四 化學(xué)鈍化 HIT 太陽能電池的Voc 和壽命之間的依存性 發(fā)現(xiàn)通過形成低損傷的a-Si膜和提高表面的清凈度等可以提高壽命和Voc，Voc 和壽命之間是一種正的線性關(guān)系。即HIT構(gòu)造中的a-Si 鈍化性能的好壞和HIT 太陽電池的Voc 大小相關(guān)。所以，通過提高a-Si 的鈍化性能以提高壽命的方法可以認(rèn)為對(duì)提高HIT 太陽電池的輸出電壓是有效的。 圖五 HIT電池單晶體硅的表面清潔度更高，同時(shí)抑制了非晶硅層形成時(shí)對(duì)單晶體硅表面產(chǎn)生的損傷。通過這些改良，這種電池的電能輸出功率損失下降，開路電壓得到了提高。 HIT 太陽電池優(yōu)異的溫度特性 HIT電池Voc越高輸出特性的溫度依存性越小。也就是說，在HIT 太陽電池的高效率化技術(shù)中的這種鈍化技術(shù)的開發(fā)（即高Voc 化）帶來了溫度特性的提高.由于新電池在溫度上升時(shí)發(fā)電量的損失降低，預(yù)計(jì)它的年發(fā)電量將比傳統(tǒng)晶硅太陽能電池提升44%。 圖六 HIT電池的制造工藝 HIT電池的關(guān)鍵技術(shù)是a-Si:H薄膜的沉積，要求說沉積的本征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)氣相沉積發(fā)（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。光譜相應(yīng)的研究結(jié)果表明對(duì)于藍(lán)光區(qū)，HIT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制備a-Si:H薄膜 熱絲化學(xué)氣相沉積HWCVD是利用熱絲對(duì)氣體進(jìn)行催化和分解的軟性過程，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。 HIT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?？梢允褂枚嘈喂鑱碜鳛殁g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)。