1、HIT電池結構和原理

HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的縮寫，意為本征薄膜異質結，因HIT已被日本三洋公司申請為注冊商標，所以又被稱為HJT或SHJ(Silicon Heterojunction solar cell)。該類型太陽能電池最早由日本三洋公司于1990年成功開發(fā)，當時轉換效率可達到14.5%(4mm2的電池)，后來在三洋公司的不斷改進下，三洋HIT電池的轉換效率于2015年已達到25.6%。2015年三洋的HIT專利保護結束，技術壁壘消除，是我國大力發(fā)展和推廣HIT技術的大好時機。

下圖是HIT太陽能電池的基本構造，其特征是以光照射側的p-i型a-Si：H膜(膜厚5-l0nm)和背面?zhèn)鹊膇-n型a-Si：H膜(膜厚5-l0nm)夾住晶體硅片，在兩側的頂層形成透明的電極和集電極，構成具有對稱結構的HIT太陽能電池。

圖表：HIT太陽能電池結構示意圖

在電池正表面，由于能帶彎曲，阻擋了電子向正面的移動，空穴則由于本征層很薄而可以隧穿后通過高摻雜的p+型非晶硅，構成空穴傳輸層。同樣，在背表面，由于能帶彎曲阻擋了空穴向背面的移動，而電子可以隧穿后通過高摻雜的n+型非晶硅，構成電子傳輸層。通過在電池正反兩面沉積選擇性傳輸層，使得光生載流子只能在吸收材料中產生富集然后從電池的一個表面流出，從而實現(xiàn)兩者的分離。

2、HIT電池工藝流程

HIT電池的一大優(yōu)勢在于工藝步驟相對簡單，總共分為四個步驟：制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO制備、電極制備。

圖表2：HIT太陽能電池工藝流程

制備的核心工藝是非晶硅薄膜的沉積，其對工藝清潔度要求極高，量產過程中可靠性和可重復性是一大挑戰(zhàn)，目前通常用PECVD法制備。

HIT電池的制備工藝步驟簡單，且工藝溫度低，可避免高溫工藝對硅片的損傷，并有效降低排放，但是工藝難度大，且產線與傳統(tǒng)電池不兼容，設備資產投資較大。

3、HIT電池優(yōu)勢和特點

HIT電池具有發(fā)電量高、度電成本低的優(yōu)勢，具體特點如下：

(1)低溫工藝

HIT電池結合了薄膜太陽能電池低溫(<250℃)制造的優(yōu)點，從而避免采用傳統(tǒng)的高溫(>900℃)擴散工藝來獲得p-n結。這種技術不僅節(jié)約了能源，而且低溫環(huán)境使得a_Si：H基薄膜摻雜、禁帶寬度和厚度等可以較精確控制，工藝上也易于優(yōu)化器件特性;低溫沉積過程中，單品硅片彎曲變形小，因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(約80μm);同時低溫過程消除了硅襯底在高溫處理中的性能退化，從而允許采用“低品質”的晶體硅甚至多晶硅來作襯底。

高溫環(huán)境下發(fā)電量高，在一天的中午時分，HIT電池的發(fā)電量比一般晶體硅太陽電池高出8-10%，雙玻HIT組件的發(fā)電量高出20%以上，具有更高的用戶附加值。

(2)雙面電池

HIT是非常好的雙面電池，正面和背面基本無顏色差異，且雙面率(指電池背面效率與正面效率之比)可達到90%以上，最高可達96%，背面發(fā)電的優(yōu)勢明顯。

(3)高效率

HIT電池獨有的帶本征薄層的異質結結構，在p-n結成結的同時完成了單晶硅的表面鈍化，大大降低了表面、界面漏電流，提高了電池效率。目前HIT電池的實驗室效率已達到23%，市售200W組件的電池效率達到19.5%。

(4)高穩(wěn)定性

HIT電池的光照穩(wěn)定性好，理論研究表明非品硅薄膜/晶態(tài)硅異質結中的非晶硅薄膜沒有發(fā)現(xiàn)Staebler-Wronski效應，從而不會出現(xiàn)類似非晶硅太陽能電池轉換效率因光照而衰退的現(xiàn)象;HIT電池的溫度穩(wěn)定性好，與單晶硅電池-0.5%/℃的溫度系數(shù)相比，HIT電池的溫度系數(shù)可達到-0.25%/℃，使得電池即使在光照升溫情況下仍有好的輸出。

(5)無光致衰減

困擾晶硅太陽能電池最重要的問題之一就是光致衰減，而HIT電池天然無衰減，甚至在光照下效率有一定程度的增加，上海微系統(tǒng)所在做HIT光致衰減實驗時發(fā)現(xiàn)，光照后HIT電池轉換效率增加了2.7%，在持續(xù)光照后同樣沒有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。日本CIC、瑞士EPFL、CSEM在APL上的聯(lián)合發(fā)表也證實了HIT電池的光致增強特性。

(6)對稱結構適于薄片化

HIT電池完美的對稱結構和低溫度工藝使其非常適于薄片化，上海微系統(tǒng)所經過大量實驗發(fā)現(xiàn)，硅片厚度在100-180μm范圍內，平均效率幾乎不變，100μm厚度硅片已經實現(xiàn)了23%以上的轉換效率，目前正在進行90μm硅片批量制備。電池薄片化不僅可以降低硅片成本，其應用也可以更加多樣化。

(6)低成本

HIT電池的厚度薄，可以節(jié)省硅材料;低溫工藝可以減少能量的消耗，并且允許采用廉價襯底;高效率使得在相同輸出功率的條件下可以減少電池的面積，從而有效降低了電池的成本。

4、HIT電池產業(yè)化現(xiàn)狀

OFweek產業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，在大規(guī)模量產方面，首屈一指的當然是日本三洋，現(xiàn)有產能1GW，量產效率達23%。除此之外，具有較成熟HIT技術的還有Keneka、Sunpreme、Solarcity、福建均石、晉能、新奧、漢能等企業(yè)。

圖表：國內外HIT太陽能電池產業(yè)化情況(單位：%，MW)

目前HIT產品的量產難點主要包括以下幾方面：

(1)高質量硅片：相較常規(guī)N型產品，HIT電池對硅片質量有更高的要求，需要謹慎選擇硅片供應商。

(2)制絨后硅片表面潔凈度的控制：HIT電池對硅片表面潔凈度要求非常高，需要平衡硅片清洗潔凈程度和相關化學品以及水的消耗。

(3)各工序Q-time控制：HIT電池在完成非晶硅鍍膜之前，對硅片暴露在空氣中的時間以及環(huán)境要求比較嚴苛，需要注意各工序Q-time的控制。

(4)生產連續(xù)性對于TCO鍍膜設備的影響：TCO鍍膜必須保證連續(xù)投料，否則良率和設備狀況都會受到影響，尤其在產線剛投產時，保持生產連續(xù)性是一大挑戰(zhàn)。

(5)高粘度漿料的連續(xù)印刷穩(wěn)定性：在HIT電池制備過程中，漿料粘度大導致的虛印斷柵現(xiàn)象較多，需要數(shù)倍于常規(guī)產線的關注。

(6)焊帶拉力的穩(wěn)定性：拉力穩(wěn)定的窗口窄，雙玻雙面發(fā)電的組件結構進一步增加了電池串聯(lián)的難度。

此外，影響HIT產業(yè)化的重要因素之一即成本問題，據(jù)楊立友博士介紹，HIT電池BOM成本前四項為硅片、導電銀漿、靶材、制絨添加劑。針對這幾個高成本部分，可進行專項降本，包括降低原材料的消耗量、關鍵設備的國產化、關鍵原材料的國產化、新技術的導入等。

5、HIT電池市場前景展望

降本增效始終是光伏行業(yè)永恒的主題，隨著行業(yè)不斷的技術進步和政策推動，大眾的目光逐漸轉移至度電成本上，高效電池因此備受矚目。繼PERC電池成為行業(yè)熱點后，HIT電池技術初有突破，性價比優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，未來將是P型PERC電池與N型HIT電池爭霸光伏產業(yè)的時代。