异质结 HJT ( Hereto- junctionwith Intrinsic Thin-layer )电池(同时也简称 HIT ,SH1J, SJT 等),H1JT电池的结构如图所示。以 N 型单晶硅( C-Si )为衬底光吸收区,经过制绒清洗后,其正面依次沉积厚度为5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si: H 和掺杂的 P 型非晶硅(P-a-Si: H ),和硅衬底形成 p-n 异质结。

硅片的背面又通过沉积厚度为5-10nm的i-a-Si: H 和掺杂的 N 型非晶硅(n-a-Si: H )形成背表面场,双面沉积的透明导电氧化物薄膜(TC0)不仅可以减少收集电流时的串联电阻,还能起到像晶硅电池上氮化硅层那样的减反作用。最后通过丝网印刷在两侧的顶层形成金属基电极,这就是异质结电池的典型结构。

HJT 电池的结构和工艺与常规硅基太阳电池有很大的区别,总的来说, HJT 太阳电池特点很多。

(1)结构对称。HJT 电池是在单晶硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层和TC0以及双面印刷电极。这种对称结构便于缩减工艺设备,相比于传统的晶体硅电池, HJT 电池的工艺步骤也更少。同时由于 HJT 电池双面对称,正反面受光照后都能发电,可以做成双面发电组件。

(2)低温制造工艺。HJT 电池采用硅基薄膜工艺形成 p-n 结发射区,制程中的最高温度就是非晶硅薄膜的形成温度(200 C ),避免了传统晶体硅电池形成 p-n 结的高温(950C),采用低温工艺在降低能耗的同时还可以减少对硅片的热损伤,这就是说, HJT 电池可以使用薄型硅片做衬底,有利于降低材料成本,做到一石多鸟。

(3)高开路电压。HJT 电池中的本征薄膜能有效纯化晶体硅和掺杂非晶硅的界面缺陷,因而 HJT 电池的开路电压比常规电池要高很多,量产 HJT 电池的开路电压可以达到735mV以上,有利于获得较高的转换效率。

(4)温度特性好。太阳能电池的性能数据通常在25°C的标准条件下测量的而光伏组件的性能却是在实际应用环境下测量的。目前,公布的 HJT 的温度系数为-0.23%/° C ,仅是晶体硅电池温度系数(-0.45%/° C )的一半,这使得 HJT 电池在高温与低温环境下都具有较好的温度特性。

(5)无 LlD 与 PID 效应。由于 HJT 电池衬底通常为 N 型单晶硅,而 N 型单晶硅为磷掺杂,不存在 P 型晶硅中的氧复合、础铁复合等,所以 HJT 电池对于 LID 效应是免疫的。HJT 电池的表面沉积有 TCO 薄膜,无绝缘层,因此无表面层带电的机会,从结构上避免 PID 现象的发生。而且市场和组件可靠性测试方面也没有发现过 PID 效应。

在常规组件的衰减方面,一线企业一般承诺10年衰减10%,25年衰减20%。三洋公布过一次 HJT 电池的衰减:使用13年的组件功率只衰减了2-3%,所以 HJT 电池在发电端优势明显,这也主要得益于其无 LID 与 PID 效应。

HJT 电池因为其特殊的晶硅/非晶硅界面态纯化结构,对设备、工艺、环境、操作水平等要求较常规的晶硅电池制造要高得多,金属化(主要讨论银浆的情况)要求也必然非常高,总结起来主要是三个方面:高电性能,对于银浆的体电阻要求一般在5.0*10-6一一10스-5Q. cm ,需要银浆有良好的接触,很低的 Rs 和较高的 FF ,良好的印刷性,目前的部分 HJT 电池印刷的网版开口约在40-45um,后续为了降本和提升 IsC ,网版的开口必然会下降到40um以下,此时需要银浆具备很好的长期稳定印刷性;合格的拉力,目前主要 HJT 电池制造厂家的拉力要求一般约是1N。

而低温银浆是基于工艺温度在250” C 以下,没有银粉烧结过程,银粉之间、银与基材之间依靠有机树脂相进行粘接。不同于传统晶硅电池浆料采用高温烧结,银粉之间依靠表面熔融相互连接,玻璃相在一定程度上熔银并刻蚀硅板,形成可靠點结和欧姆接触。因此1N的拉力要求对于低温银浆的是一个挑战。

目前大部分 HIT 电池的金属化主要是流程是先正面印刷,然后烘干,再进行背面印刷,然后再烘干,接着进行固化,最后测试电池的各项指标。其中,电池正面印刷,可以采用单次印刷,也可以采用 DUP 或者 DP 的印刷方式,其中 DP 的印刷方式较多,主要是为了提高高宽比,获得优良的线型,进而得到较高的 Isc ,从而极大提高电池效率,而背面印刷考虑成本原因,以单次为主。

网版的使用方面,除了常规的360-16um网版,无网结,380-14/430-13um高目数网版也可以使用。烘干时间和温度的设定会影响电极棚线的线型和點附力,过短的时间和过低的温度,将导致棚线的线型块塌和甜附力偏低,并直接会导致效率偏低。固化的时间和温度对拉力的影响较大,较低的温度和偏短的固化时间,将导致拉力偏低。为防止对非晶硅薄膜的损失,不管是烘干还是固化,最高设定温度最好不超过220C。

另一种金属化方法来自于总部位于瑞士的设备制造商 MeyerBurger ,其于2013年向市场发布 SMWT ( SmartWire 缩写)技术。MeyerBurger 号称与传统5主棚技术相比,由于铜线的截面为圆形,制成组件后可以将有效遮光面积减少30%,同时减少电阻损失,组件总功率提高3%。由于30条主棚分布更密集,主棚和细棚之间的触点多达2660个,在硅片隐裂和微裂部位电流传导的路径更加优化,因此由于微裂造成的损失被大大减小,产线的产量可提高1%。更为重要的是由于主棚材料采用铜线,电池的银材料用量可以减少80%。但是其设备造价极其昂贵,电池可靠性仍待批量验证。

原标题：HJT工艺细节，你了解多少？