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異質(zhì)結(jié) HJT ( Hereto- junctionwith Intrinsic Thin-layer )電池(同時也簡稱 HIT ,SH1J, SJT 等),H1JT電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。以 N 型單晶硅( C-Si )為襯底光吸收區(qū),經(jīng)過制絨清洗后,其正面依次沉積厚度為5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si: H 和摻雜的 P 型非晶硅(P-a-Si: H ),和硅襯底形成 p-n 異質(zhì)結(jié)。

硅片的背面又通過沉積厚度為5-10nm的i-a-Si: H 和摻雜的 N 型非晶硅(n-a-Si: H )形成背表面場,雙面沉積的透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TC0)不僅可以減少收集電流時的串聯(lián)電阻,還能起到像晶硅電池上氮化硅層那樣的減反作用。最后通過絲網(wǎng)印刷在兩側(cè)的頂層形成金屬基電極,這就是異質(zhì)結(jié)電池的典型結(jié)構(gòu)。

HJT 電池的結(jié)構(gòu)和工藝與常規(guī)硅基太陽電池有很大的區(qū)別,總的來說, HJT 太陽電池特點很多。

(1)結(jié)構(gòu)對稱。HJT 電池是在單晶硅片的兩面分別沉積本征層、摻雜層和TC0以及雙面印刷電極。這種對稱結(jié)構(gòu)便于縮減工藝設(shè)備,相比于傳統(tǒng)的晶體硅電池, HJT 電池的工藝步驟也更少。同時由于 HJT 電池雙面對稱,正反面受光照后都能發(fā)電,可以做成雙面發(fā)電組件。

(2)低溫制造工藝。HJT 電池采用硅基薄膜工藝形成 p-n 結(jié)發(fā)射區(qū),制程中的最高溫度就是非晶硅薄膜的形成溫度(200 C ),避免了傳統(tǒng)晶體硅電池形成 p-n 結(jié)的高溫(950C),采用低溫工藝在降低能耗的同時還可以減少對硅片的熱損傷,這就是說, HJT 電池可以使用薄型硅片做襯底,有利于降低材料成本,做到一石多鳥。

(3)高開路電壓。HJT 電池中的本征薄膜能有效純化晶體硅和摻雜非晶硅的界面缺陷,因而 HJT 電池的開路電壓比常規(guī)電池要高很多,量產(chǎn) HJT 電池的開路電壓可以達到735mV以上,有利于獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。

(4)溫度特性好。太陽能電池的性能數(shù)據(jù)通常在25°C的標(biāo)準(zhǔn)條件下測量的而光伏組件的性能卻是在實際應(yīng)用環(huán)境下測量的。目前,公布的 HJT 的溫度系數(shù)為-0.23%/° C ,僅是晶體硅電池溫度系數(shù)(-0.45%/° C )的一半,這使得 HJT 電池在高溫與低溫環(huán)境下都具有較好的溫度特性。

(5)無 LlD 與 PID 效應(yīng)。由于 HJT 電池襯底通常為 N 型單晶硅,而 N 型單晶硅為磷摻雜,不存在 P 型晶硅中的氧復(fù)合、礎(chǔ)鐵復(fù)合等,所以 HJT 電池對于 LID 效應(yīng)是免疫的。HJT 電池的表面沉積有 TCO 薄膜,無絕緣層,因此無表面層帶電的機會,從結(jié)構(gòu)上避免 PID 現(xiàn)象的發(fā)生。而且市場和組件可靠性測試方面也沒有發(fā)現(xiàn)過 PID 效應(yīng)。

在常規(guī)組件的衰減方面,一線企業(yè)一般承諾10年衰減10%,25年衰減20%。三洋公布過一次 HJT 電池的衰減:使用13年的組件功率只衰減了2-3%,所以 HJT 電池在發(fā)電端優(yōu)勢明顯,這也主要得益于其無 LID 與 PID 效應(yīng)。

HJT 電池因為其特殊的晶硅/非晶硅界面態(tài)純化結(jié)構(gòu),對設(shè)備、工藝、環(huán)境、操作水平等要求較常規(guī)的晶硅電池制造要高得多,金屬化(主要討論銀漿的情況)要求也必然非常高,總結(jié)起來主要是三個方面:高電性能,對于銀漿的體電阻要求一般在5.0*10-6一一10?-5Q. cm ,需要銀漿有良好的接觸,很低的 Rs 和較高的 FF ,良好的印刷性,目前的部分 HJT 電池印刷的網(wǎng)版開口約在40-45um,后續(xù)為了降本和提升 IsC ,網(wǎng)版的開口必然會下降到40um以下,此時需要銀漿具備很好的長期穩(wěn)定印刷性;合格的拉力,目前主要 HJT 電池制造廠家的拉力要求一般約是1N。

而低溫銀漿是基于工藝溫度在250” C 以下,沒有銀粉燒結(jié)過程,銀粉之間、銀與基材之間依靠有機樹脂相進行粘接。不同于傳統(tǒng)晶硅電池漿料采用高溫?zé)Y(jié),銀粉之間依靠表面熔融相互連接,玻璃相在一定程度上熔銀并刻蝕硅板,形成可靠點結(jié)和歐姆接觸。因此1N的拉力要求對于低溫銀漿的是一個挑戰(zhàn)。

目前大部分 HIT 電池的金屬化主要是流程是先正面印刷,然后烘干,再進行背面印刷,然后再烘干,接著進行固化,最后測試電池的各項指標(biāo)。其中,電池正面印刷,可以采用單次印刷,也可以采用 DUP 或者 DP 的印刷方式,其中 DP 的印刷方式較多,主要是為了提高高寬比,獲得優(yōu)良的線型,進而得到較高的 Isc ,從而極大提高電池效率,而背面印刷考慮成本原因,以單次為主。

網(wǎng)版的使用方面,除了常規(guī)的360-16um網(wǎng)版,無網(wǎng)結(jié),380-14/430-13um高目數(shù)網(wǎng)版也可以使用。烘干時間和溫度的設(shè)定會影響電極棚線的線型和點附力,過短的時間和過低的溫度,將導(dǎo)致棚線的線型塊塌和甜附力偏低,并直接會導(dǎo)致效率偏低。固化的時間和溫度對拉力的影響較大,較低的溫度和偏短的固化時間,將導(dǎo)致拉力偏低。為防止對非晶硅薄膜的損失,不管是烘干還是固化,最高設(shè)定溫度最好不超過220C。

另一種金屬化方法來自于總部位于瑞士的設(shè)備制造商 MeyerBurger ,其于2013年向市場發(fā)布 SMWT ( SmartWire 縮寫)技術(shù)。MeyerBurger 號稱與傳統(tǒng)5主棚技術(shù)相比,由于銅線的截面為圓形,制成組件后可以將有效遮光面積減少30%,同時減少電阻損失,組件總功率提高3%。由于30條主棚分布更密集,主棚和細(xì)棚之間的觸點多達2660個,在硅片隱裂和微裂部位電流傳導(dǎo)的路徑更加優(yōu)化,因此由于微裂造成的損失被大大減小,產(chǎn)線的產(chǎn)量可提高1%。更為重要的是由于主棚材料采用銅線,電池的銀材料用量可以減少80%。但是其設(shè)備造價極其昂貴,電池可靠性仍待批量驗證。

原標(biāo)題：HJT工藝細(xì)節(jié)，你了解多少？