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异质结（HIT）技术，看这一篇就够了！
2021-09-02

异质结太阳电池英文名称缩写为HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer），中文名称为本征薄膜异质结电池 。异质结电池最早由日本三洋公司于1990年研发乐成，并被注册为商标，后续进入异质结领域的企业为了制止专利纠纷而纷纷接纳了差别的称呼，好比HJT/ SHJ/ HDT等，虽然英文名称和缩写略有差别，可是其寄义都代表本征薄膜异质结电池 。


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       图1.太阳能电池分类

       资料来源：新型TCO质料在光伏行业的应用前景 


HIT电池结构



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图2. HIT电池结构图

资料来源：HIT电池模拟盘算的研究

HIT电池一般是以N型硅片为衬底，典范结构如图2所示：在正面依次为透明导电氧化物膜（简称TCO）、P型非晶硅薄膜，和本征富氢非晶硅薄膜 ；在电池背面依次为TCO透明导电氧化物膜，N型非晶硅薄膜和本征非晶硅膜 。

别的，HIT电池在制造工艺流程上也较为简洁，在以上提到的电池结构中的薄膜都是通过沉积的方法形成，最后通过丝网印刷或者电镀工艺在电池两面制备金属电极，再经过低温固化工艺，完成HIT电池的制造，如图3所示 。

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图3. HIT电池结构以及工艺流程图

资料来源：CNKI




HIT电池生产工艺



相比于古板的PERC电池生产工艺以及TOPCon电池工艺，HIT电池的工艺制程相对较短，只有四大环节，依次是清洗制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝印固化 。

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图4. 三种量产电池工艺流程比照

资料来源：梅耶伯格，招商证券


1. 清洗制绒

与通例P型或者N型电池制造工艺类似，HIT电池也是以清洗制绒为电池制造的第一步，这一办法的主要目的是清除N型衬底外貌的油污和金属杂质，去除机械损伤层，形成金字塔绒面，陷光并减少外貌反射 。


2. 制备非晶硅薄膜

硅片在PECVD设备中制作钝化膜和PN结 。HIT电池高效率的泉源在于本征非晶硅薄膜优良的钝化效果 。由于晶硅衬底外貌保存大宗的悬挂键，光照引发的少数载流子抵达外貌后容易被悬挂键俘获而复合，从而降低电池效率 。别的，通过在硅片正面和背面沉积富氢的本征非晶硅薄膜，可以有效地将悬挂键氢化并降低外貌缺陷，从而显著提高少子寿命，增加开路电压，最终提高电池效率 。

虽然每一层膜的厚度只有4-10nm，每1-2nm实现的功效和制备工艺却大不相同，因此本征和掺杂非晶硅薄膜需要在多个腔体中完成，PECVD中需要导入多腔室沉积系统 。

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图5. HIT电池非晶硅薄膜PECVD工艺图

资料来源：迈为股份，招商证券


3. 沉积金属氧化物导电层（TCO）

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图6. 镀膜技术分类

资料来源：新型TCO质料在光伏行业的应用前景


硅片沉积完非晶硅薄膜之后就进入SPUTTER(磁控溅射)或者RPD（离子反应镀膜）设备，沉积透明金属氧化物导电膜TCO 。TCO纵向收集载流子并向电极传输 。由于非晶硅层晶体呈无序结构，电子与空穴迁徙率较低，且横向导电性较差，倒运于光生载流子的收集 。因此需要在正面掺杂层上方沉积一层75-80nm厚的TCO，用于纵向收集载流子并向电极传输，TCO同时可以减少光学反射 。

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图7.  SPUTTER磁控溅射原理图

资料来源：新型TCO质料在光伏行业的应用前景

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图8. RPD离子反应镀膜原理图

资料来源：新型TCO质料在光伏行业的应用前景


TCO膜在可见光规模内（波长380-760nm）具有80%以上的穿透率，且电阻很低，其身分主要为In、Sb、Zn、Sn、Cd及其氧化物的复合体 。目前应用最广泛的是ITO，SCOT，IWO，AZO 。TCO制备保存SPUTTER(磁控溅射)或者RPD（离子反应镀膜）两种工艺，目前由于本钱考虑大多选择SPUTTER(磁控溅射)工艺 。

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图9. 磁控溅射工艺与RPD离子反应镀膜工艺比照

资料来源：CNKI


4. 丝印固化

HIT电池生产的最后一步是丝印固化，制备金属电极并固化 � ？悸堑紿IT是低温工艺，不区分正银和背银，因此丝网印刷加低温固化的工艺相比照较简单，可是这一特性的缺点之一就是价格较高且消耗量较大，因此目前业内也有部分企业实验使用镀铜工艺来制作电极 。因为在镀铜工艺中不会使用到银浆，本钱较为低廉 。但即便如此该工艺也并未被广泛应用，因为工艺很是庞大，且废液排放保存严重的环保制约，使其推广受到了限制 。




HIT电池的优势



转换效率高

HIT电池高转换效率源于高开路电压，HIT电池的开路电压Voc可以接近750mV，而普通PERC电池则普遍低于700mV 。

HIT电池的高开路电压来源于两点：

  • 氢化本征非晶硅薄膜优良的钝化效果

  • 光生载流子可以贯串氢化非晶硅薄膜，因此不需要激光开膜和形成欧姆接触，可以有效减少复合


由于多主栅技术和光致再生技术的导入，目前HIT的研发效率普遍已经凌驾24% 。

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图10. 主流HIT制造商的效率数据

资料来源：NREL，招商证券


低衰减

由于HIT电池的特殊结构，其衰减水平要显著低于PERC电池：

  • HIT电池外貌的TCO具有导电特性，电荷不会在外貌爆发极化现象，无电位诱导衰减PID ；

  • N型硅片掺磷，没有硼氧复合体和硼铁复合体，光致衰减LID很小


据相关数据显示，HIT电池的首年衰减和年均衰减均低于PERC电池，并获得电站发电实证 。

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图11. HIT与PERC电池衰减数据比照

资料来源：WIND，招商证券


低温度系数

组件的温度系数能够权衡输出功率随温度升高而下降的水平 。阳光照射下组件外貌不绝升温，电池的开路电压不绝下降，进而导致输出功率下降 。HIT相较于其他类型电池，具备很是显著的低温度系数 。

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图12. 差别类型电池温度系数比照

资料来源：CNKI


组件的初始标称功率是在STC标准条件下测试的，对应温度是25℃，但在实际运营中，组件的事情温度大都时间在50℃左右，HIT低温度系数带来的发电量增益在3%，可溢价0.126元/瓦 。

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图13. HIT电池低温度系数带来发电增益数据

资料来源：WIND，招商证券


高双面率

HIT电池双面率较高 。HIT电池正背面三层膜和TCO都是透光的，且结构对称，天然就是双面电池，其双面率可以轻松做到90%以上，甚至抵达98%的水平 。PERC电池双面率可以做到80%-85% 。



HIT技术市场现状


目前结构HIT的企业越来越多，工业化酝酿开启 。目今全球最大HIT量产规模仅600MW，近两年新建产线以100-200MW的中试线为主 。相较于2019年，2020年已经有凌驾20家企业宣布了GW级的扩产计划，其中包括山煤国际，钧石能源，东方日升，爱康科技，腾晖光伏，比太科技等 。规� ；约耙ι璞腹耐黄�，将成为HIT工业化的发令枪 。

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