阐述了异质结(HIT)太阳能电池的结构與特征并从异质结能带结构的优化、非晶硅层的制备方法、背面场(BSF)的研究、衬底材料的选取以及发射极材料的革新等方面综述了HIT太阳能電池的技术发展状况。概述了HIT电池的产业化应用研究现状并展望了HIT太阳能电池的未来发展趋势。

　　关键词：HIT；太阳能电池；异质结结構

　　0引言　　能源危机和环境污染问题促进了清洁能源的广泛研究与应用开发太阳能光伏发电是～种利用光伏效应将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电技术，凶具有资源充足、清洁、安全、寿命长等优点被认为是最有前途的可再生能源技术之一，已成为可再生能源技术中发展最快、最具活力的研究领域日前国际光伏市场上的太阳能电池主要有晶体硅(包括单晶硅、多晶硅)、非晶／单晶异质结(HIT)、非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)薄膜及铜铟硒(CIS)薄膜太阳电池等。其中商品化的晶体硅太阳能电池仍占主流其光电转化效率已达25％，但受到材料纯度囷制备T艺限制很难再提高其转化效率或降低成本；而非晶硅太阳能电池虽然能大面积生产，造价又低廉但其转换效率仍比较低，并且穩定性差

　　为了降低成本同时保持高转换效率，近年来HIT电池得到了迅速的发展这种异质结结构的电池是综合两者优点充分发挥各自長处的最佳设计。本文介绍了HIT电池的结构与特点综述了HIT电池的发展现状，并对HIT电池的未来进行了展望

　　1HIT太阳能电池的结构与特点　　1.1HIT太阳能电池的结构

　　图1为HIT、太阳能电池的基本构造，其特征是以光照射侧的p-i型a-Si：H膜(膜厚5～lOnm)和背面侧的i-n型a_Si：H膜(膜厚5～10nm)夹住晶体硅片在兩侧的顶层形成透明的电极和集电极，构成具有对称结构的HIT太阳能电池

　　1.2HIT太阳能电池的特点

　　HIT电池结合了薄膜太阳能电池低温(<250℃)制慥的优点，从而避免采用传统的高温(>900℃)扩散工艺来获得p-n结这种技术不仅节约了能源，而且低温环境使得a_Si：H基薄膜掺杂、禁带宽度和厚度等可以较精确控制工艺上也易于优化器件特性；低温沉积过程中，单品硅片弯曲变形小因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(约80μm)；同时低温过程消除了硅衬底在高温处理中的性能退化，从而允许采用"低品质"的晶体硅甚至多晶硅来作衬底

　　HIT电池独有的带夲征薄层的异质结结构，在p_n结成结的同时完成r单晶硅的表面钝化大大降低了表面、界面漏电流，提高了电池效率目前HIT电池的实验室效率已达到23％，市售200W组件的电池效率达到19.5％

　　HIT电池的光照稳定性好，理沧研究表明非品硅薄膜／晶态硅异质结中的非晶硅薄膜没有发现Staebler-Wronski效应从而不会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象；HIT电池的温度稳定性好，与单晶硅电池一0.5％／℃的温度系数相比HIT电池的温度系数可达到一0.25％／℃，使得电池即使在光照升温情况下仍有好的输出'"

　　HIT电池的厚度薄，可以节省硅材料；低温工艺可以減少能量的消耗并且允许采用廉价衬底；高效率使得在相同输出功率的条件下可以减少电池的面积，从而有效降低了电池的成本

　　2HIT呔阳能电池的发展现状　　2.1HIT太阳能电池的技术发展状况

　　1990年，日本Sanyo公司最早开始研究异质结太阳能电池1992年，Tanaka等就创下p-a-Si：H／i-a-Si：H／n_c-Si结构太陽能电池光电转换效率18.1％的纪录并将这种带有本征薄层的结构称之为HIT结构。此后中国、美国、德国、法国、意大利、荷兰等同家也相繼投入到HIT太阳能电池的研究中(表1为各国研究的HIT电池的种类、制备工艺以及电池所能达到的转换效率情况)。为进一步提高电池的效率其研究主要侧重于以下几个方面。

　　(1)异质结能带结构的优化

　　H1T电池与传统电池最大的区别就是非晶硅与晶体硅构成的异质结结构通过设計异质结界面的势垒高度获得合适的能带结构，以提高电池的转换效率以Sanyo公司HIT电池为例，在(p)a-Si／(i)a-Si／(n)c-Si的异质结结构中非晶硅与单晶硅界面價带位错要小，以便收集空穴同时导带的位错要尽可能大，以阻I七电子的通过异质结势垒高度的设计主要是通过控制非晶硅薄膜的沉積参数来实现的。

　　(2)非晶硅层的制备方法

　　HIT电池的非晶硅层通常用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术进行制备近年来，中科院研究生院張群芳等以及美国国家可再生能源实验室(NERL)T．H．Wang等口朝采用热丝增强化学气相沉积(HWCVD)技术制备了P型衬底的HIT电池与PECVD相比，HWCVD产生的等离子能量较低能有效避免离子的轰击，同时可产生用于预处理硅片表面的低能原子氢制备过程中的粉尘较少，不易使a-Si：H薄层短路此外，美国纽約州立大学的B．Jagannathan等还用直流磁控溅射技术制备了P型HIT电池在0.3cm2的面积上得到了550mV的开路电压和30mA／cm2的短路电流。

　　背面场能改善背面复合速率囷背表面反射从而提高开路电压、增大短路电流。制备背面场的传统方法有销合金法、硼扩散法、磷扩散法等但这些工艺都需要高温過程，只能先制备背面场再沉积非晶硅簿膜与HIT电池低温工艺兼容的制备工艺主要有在单晶硅背面沉积重掺杂衬底非晶硅薄膜形成背面场。Toru Sawada等用PECVD法在n型衬底上制备出HIT结构(i／n a-Si)的背面场该背面场利用了异质结的特性，不需要重掺杂衬底就能形成结果显示，HIT结构背面场达到了仳热氧钝化更好的表面钝化效果Y．Ves-chetti等u80还用光刻、硼离子注入实现了局部背面场(Local BSF)，与全面积(Full)铝合金背面场相比开路电压大大提高，达到叻676mV为P型HIT电池开路电压的最高值。H．D．Goldbach等用P"μc-Si制作了P型HIT电池的背面场因为μc-Si比a-Si有更高的掺杂效率，所以能实现高浓度的掺杂从而降低噭活能，形成性能优良的背面场提高电池转换效率。数值模拟结果表明在n型衬底HIT电池的背面增加一层重掺杂衬底的n+层可以起到背面场嘚作用，使电池的效率提高到24.35％

　　(4)衬底材料的选取

　　'衬底的类型不同，电池的转换效率也不同Tucci M等研究发现，n型衬底的HIT电池由于异質结能带结构方而的优势其转换效率略高于P型衬底的太辟j能电池，但P型衬底太阳能电池对界面的要求较低因此易于制备。T．H．Wang等分别鼡P型区熔(FZ)硅和直拉(CZ)硅作衬底制成了HIT电池结果发现衬底为FZ硅太阳电池的效率高于CZ硅。美国国家可雨生能源实验室的Wang Qi等用HWCVD法在Fz衬底上制备的HIT呔阳能电池的效率已达到19.1％但是FZ硅的价格高于CZ硅，因此应从效率和成本两方新综合考虑选择合适的衬底。另外为了减小电池对入射咣的反射牢，绒面衬底也被应用到HIT电池中并且取得了租好的减反射效果。

　　(5)发射极材料的革新

　　为了减少非晶硅层对入射光的吸收可采用宽带隙材料如微晶硅(μc-Si)、纳晶硅(nc-Si)等作为发射极，提高光的透过率C Summontc等用RF-PECVD技术，通过高氢气稀释的气源在P型衬底上制备了n型μc-Si发射极，结果显示与a-Si发射极相比，HIT电池的短路电流和转换效率有明显提高中科院半导体所许颖等也用RF-PECVD在p型衬底上制备出了n型nc-Si发射极。除PECVD法以外中科院研究生院的张群芳等还用HWCVD法制备μc-Si发射极。另外J．Danmon-Lacoste等用PECVD法在形成多态硅(pm-Si)的条件下制各了HIT电池的本征层，测试结果显示pm-Si的載流于有效寿命比a-Si高出1个数量级

　　2.2Hrr太阳能电池的产业化状况

　　HIT电池模块自1997年投人市场吼来发展极为迅速。图2为2004年各类太阳能电池所占市场份额由图2可知，短短数年问HIT电池已占据世界光伏市场5％的市场份额在研究及其大规模产业化的过程中，Sanyo做出了重要贡献自1991年HIT電池的研究工作取得突破性进展，在1cm2面积上制备出转换效率为20.0％的HIT电池以来Sanyo公司在工业化生产中推出了名为HIT Power21的电池组件，转换效率高达17.39%它由96片HIT电池组成．输出功率为180W。同时,Sanyo公司还推出了能替代屋顶瓦片的高性价比太阳电池模块(HIT power roof)。双面模块(HIT power double)也随后面世特别适合安装在哋面以及围墙等设施上 。

　　2003年4月Sanyo公司推出了输出功率为200W的HIT电池模块．模块的电池转换效率达到19.5％，模块效率为17％并且温度特性有大幅提高，年发电量比传统太阳电池多出43％2006年，HIT电池的最高转换效率达到21.8%270W的HIT电池模块首先在欧洲上市，工程中太阳能电池模块的用量可洅减少约25%

　　2009年5月，Sanyo公司又将HIT池的转化效率提高到23％的世界纪录同年9月，该公司又以厚度仅为此前1／2左右的98μm的HIT太阳能电池实现了22.8％嘚电池单元转化效率(开路电压(Voc)为0.743短路电流(Isc)为38.8mA／cm2．填充因子(FF)为79.1％．电池单元面积为100.3cm2)。虽然厚度减半但电弛单元转换效率却只降低了0.2％。甴于减少了占成本1／2的硅的使用量．从而为HIT电池的低成本化开辟了道路同时Sanyo计划近期将此技术应用于量产，并在FY2013赢得日本光伏市场的最夶份额从而显示出HIT电池具有极大的发展潜力。

　　德国在软件模拟计算中取得了较大的进步．使转化效牢提高到了19.8%；美国研究的HIT电池效率也达到了19.1％但是由于核心工艺技术和关键设备技术产业化生产工艺还不是很成熟．产业化电池效率不是很高，他们将在今后的研究中夶力改进工艺实现大规模产业化生产。

　　3结束语　　HIT电池虽然发展很迅速但是仍然存在许多问题。出于生产过程中的每一步工艺要求都很严格所以在保证高效的情况下，大规模的量产还需要进一步的研究HIT电弛虽然效率已选23%，成本也在逐渐降低但发电成本仍然远高于传统方法的发电成本。

　　目前HIT电池研究最多的是非晶硅／单晶硅异质结电池，其中廉价非晶硅的用量很少而价格昂贵的单晶硅仍占多数。因此为了满足国民生产对太阳能电池组件的需求．在以后的研究中，一方面应大力开发新技术在保证电池转换效率的前提下降低HIT电池的厚度；另一方面用廉价材料代替价格昂贵的单晶硅材料来降低成本如多晶硅。同时也可以通过开发新技术来降低单晶硅的生產成本

1.一种双面太阳能电池其特征在於，包括：

位于所述P型衬底层第一表面的第一掺杂层所述第一掺杂层包括第一重掺杂衬底区和环绕在所述第一重掺杂衬底区外边缘的第┅轻掺杂区；

位于所述第一掺杂层上表面的第一钝化层；

位于所述第一钝化层上表面的第一电极，且所述第一电极与所述第一重掺杂衬底區接触；

位于所述P型衬底层第二表面的第二掺杂层所述第二掺杂层包括第二重掺杂衬底区和第二轻掺杂区；

位于所述第二掺杂层下表面嘚第二钝化层；

位于所述第二钝化层下表面的第二电极；

其中，所述第一表面与所述第二表面相对

2.如权利要求1所述的双面太阳能电池，其特征在于所述第二电极为银铝浆料形成的电极。

3.如权利要求1所述的双面太阳能电池其特征在于，所述第一钝化层包括：

位于所述第┅掺杂层上表面的第一氧化硅层；

位于所述第一氧化硅层上表面的第一氮化硅层

4.如权利要求1所述的双面太阳能电池，其特征在于所述苐二钝化层包括：

位于所述第二掺杂层下表面的第二氧化硅层；

位于所述第二氧化硅层下表面的氧化铝层；

位于所述氧化铝层下表面的第②氮化硅层。

5.如权利要求3所述的双面太阳能电池其特征在于，所述第一氮化硅层的厚度取值范围为65nm至90nm包括端点值。

6.如权利要求4所述的雙面太阳能电池其特征在于，所述氧化铝层的厚度取值范围为4nm至20nm包括端点值。

7.如权利要求4所述的双面太阳能电池其特征在于，所述苐二氮化硅层的厚度取值范围为65nm至140nm包括端点值。

8.如权利要求1所述的双面太阳能电池其特征在于，所述第二重掺杂衬底区在平行于所述P型衬底层第二表面的方向上的长度取值范围为100μm至160μm包括端点值。

9.一种双面太阳能电池制备方法其特征在于，包括：

在P型衬底层第一表面形成第一掺杂层所述第一掺杂层包括第一重掺杂衬底区和环绕在所述第一重掺杂衬底区外边缘的第一轻掺杂区；

在所述第一掺杂层仩表面形成第一钝化层；

在所述第一钝化层上表面形成第一电极，且所述第一电极与所述第一重掺杂衬底区接触；

在所述P型衬底层第二表媔形成第二掺杂层所述第二掺杂层包括第二重掺杂衬底区和第二轻掺杂区；

在所述第二掺杂层下表面形成第二钝化层；

在所述第二钝化層下表面形成第二电极；

其中，所述第一表面与所述第二表面相对

10.如权利要求9所述的双面太阳能电池制备方法，其特征在于在所述第②钝化层下表面形成第二电极之后，还包括：