未来或可与PERC争霸光伏产业的HIT电池，你知道多少？

HIT是【shì】Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的缩写【xiě】，意为本征薄膜异质【zhì】结，因HIT已被日本【běn】三洋公【gōng】司申【shēn】请为【wéi】注册商标，所以又被称为HJT或SHJ（Silicon Heterojunction solar cell）。该类型太阳能电池最【zuì】早由日本三洋公司【sī】于1990年【nián】成功开发，当时转换效率可达到14.5%（4mm2的电池），后【hòu】来【lái】在三洋公司的不断改【gǎi】进下，三洋HIT电池的转换效率【lǜ】于2015年【nián】已【yǐ】达到25.6%。

2015年【nián】三洋的HIT专利保【bǎo】护结束，技【jì】术【shù】壁垒消除，是我国【guó】大力发展和推【tuī】广HJT技术的大好【hǎo】时机。根据【jù】国【guó】际权威机构预测，HIT电池的安装量将持续上升【shēng】，2025年预【yù】计【jì】达到【dào】20GW（年），市场占比【bǐ】达【dá】到10%以上，详细如【rú】下图。

图1 HIT电池市场安装量预测

刘正【zhèng】新博士表示，HIT电【diàn】池【chí】具有发电量高、度电成本低的优势，可【kě】能成为继PERC电池之【zhī】后的行【háng】业热点。那【nà】么对【duì】HIT电池，你【nǐ】了解多少呢【ne】？

一、HIT电池的结构和原理

HIT电池结构【gòu】示意图【tú】如下，首先在N型单晶【jīng】硅片（c-Si）的正面【miàn】沉积很薄的本征【zhēng】非晶硅薄膜【mó】（i-α-Si:H）和p型非晶硅【guī】薄膜（p-α-Si:H），然后在硅片【piàn】的背【bèi】面沉积【jī】很薄【báo】的本征非【fēi】晶硅薄膜【mó】（i-α-Si:H）和n型【xíng】非晶硅薄膜【mó】（n-α-Si:H）；再在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，最后在【zài】TCO上制作金属【shǔ】电极。

图2 HIT电池的结构

在电池正表面，由于能带弯曲，阻【zǔ】挡【dǎng】了电子向【xiàng】正面的移动，空穴则【zé】由于本征层很薄而可【kě】以【yǐ】隧穿后通【tōng】过高掺杂【zá】的p+型非晶硅，构成空穴【xué】传输层。同样【yàng】，在背表面，由于能带弯曲阻挡【dǎng】了空穴向背【bèi】面的移【yí】动【dòng】，而电子可以隧穿后通过高掺杂【zá】的n+型非【fēi】晶【jīng】硅，构成电子传输层。通过在【zài】电池正反两面沉积【jī】选【xuǎn】择性传输【shū】层，使得光生载流子只能【néng】在吸收材料中产【chǎn】生富【fù】集然【rán】后从电池的一个【gè】表面流出【chū】，从而实现【xiàn】两者的分【fèn】离【lí】。

二、HIT电池的工艺流程

HIT电池的一大优势在于工艺【yì】步骤相【xiàng】对简单，总共分【fèn】为【wéi】四个步骤：制绒清洗、非晶【jīng】硅薄膜沉积【jī】、TCO制备、电极【jí】制备。

图3 HIT电池的工艺流程

制备的核心工艺是非晶硅薄膜的沉积【jī】，其【qí】对工艺清洁度要求【qiú】极高，量产过【guò】程中【zhōng】可靠性和可重复【fù】性【xìng】是一大挑战【zhàn】，目前【qián】通常用【yòng】PECVD法制备【bèi】。

HIT电【diàn】池【chí】的制备工艺步骤简【jiǎn】单，且工艺温度低【dī】，可避【bì】免高温工【gōng】艺对硅片的损【sǔn】伤，并有效降低排放，但【dàn】是【shì】工艺难度大，且产线与传统【tǒng】电池【chí】不兼容，设备资产投资较【jiào】大【dà】。

三、HIT电池的优势和特点

据刘【liú】正新博士介绍，HIT电池具有发电量【liàng】高、度电成本低【dī】的【de】优势，具体特【tè】点如下：

（1）双面电池：结构对称的N性单晶双面电池

HIT是非常好【hǎo】的双面【miàn】电池，正面和背面基【jī】本【běn】无颜【yán】色【sè】差异，且双面率（指电池背面效率【lǜ】与正面效率之【zhī】比）可达到90%以上【shàng】，最高可达96%，背面发电的优【yōu】势明显。

图4 HIT电池正面、背面颜色对比

图5 HIT电池的双面率测试

（2）低温度系数：高温环境下发电量高

在一天的中午时分，HIT电池的发【fā】电量比一【yī】般晶体硅太阳电池【chí】高【gāo】出【chū】9-21%，双玻HIT组件的发电【diàn】量【liàng】高出【chū】20%以上【shàng】，具有更高的用户附加【jiā】值【zhí】。

图6 HIT电池的发电量对比

（3）无光致衰减：HIT电池的光致增强特性

困扰晶硅太【tài】阳能电【diàn】池最重要的问题之一【yī】就是光致衰【shuāi】减，而HIT电【diàn】池天【tiān】然无衰减，甚【shèn】至在光照下效率【lǜ】有一定【dìng】程度的【de】增加【jiā】，上【shàng】海微系统【tǒng】所在做HIT光致衰减实验时发现，光照后HIT电【diàn】池转换效率增加了2.7%，在持续光【guāng】照后同样没有出现衰减现【xiàn】象。日本CIC、瑞士EPFL、CSEM在APL上【shàng】的联【lián】合发【fā】表也证实了HIT电池的光致增强【qiáng】特性。

图7 上海微系统所HIT电池光致效率增强

图8 日本CIC、瑞士EPFL、CSEM在APL上的联合发表

（4）对称结构适于薄片化：硅片厚度不断减小（190-150-130-100μm）

HIT电池完美的对称结【jié】构和低温度工艺使其【qí】非【fēi】常适于薄片【piàn】化，上海微系统【tǒng】所经【jīng】过【guò】大【dà】量【liàng】实验发现，硅片厚度在【zài】100-180μm范围内，平均效率几乎不【bú】变，100μm厚【hòu】度硅片已经实【shí】现了23%以上的转换效【xiào】率，目前正在进【jìn】行90μm硅片批量制备。电池【chí】薄片化不仅可以降低硅【guī】片成本，其应用【yòng】也可以更加多样化。

图9 HIT电池参数随硅片厚度的变化

四、HIT电池的产业化现状

在大【dà】规模量产方面，首屈【qū】一【yī】指的当然是日【rì】本【běn】三洋，现有【yǒu】产【chǎn】能1GW，量产效率达23%。除此之【zhī】外【wài】，具【jù】有较成熟HIT技术的还有Keneka、Sunpreme、Solarcity、福建均石、晋【jìn】能、新奥、汉能【néng】等企业。

图10 国内外HIT电池的产业化情况

五、HIT电池的量产难点

据晋【jìn】能科技总经理杨立友【yǒu】博士介绍【shào】，目前HIT产品【pǐn】的量产难【nán】点主要包括以下几【jǐ】方面：

（1）高质量硅片：相较常规N型产【chǎn】品，HIT电【diàn】池【chí】对硅片质量有更高的要求，需【xū】要【yào】谨慎【shèn】选择硅片供【gòng】应商。

（2）制绒后硅片表面洁净度的控制：HIT电池对硅片表面洁净【jìng】度要求【qiú】非常【cháng】高【gāo】，需要平衡硅片清洗【xǐ】洁净程【chéng】度和相关化学品以及【jí】水【shuǐ】的消耗。

（3）各工序Q-time控制：HIT电池在完成非晶硅镀膜之【zhī】前，对硅片【piàn】暴露在空气中的时间【jiān】以及环境要求比【bǐ】较严【yán】苛【kē】，需要注意各工序【xù】Q-time的控【kòng】制。

（4）生产连续性对于TCO镀膜设备的影响：TCO镀膜必须【xū】保证连续投料【liào】，否则良率和【hé】设备状况都会受【shòu】到影响，尤【yóu】其在产线刚投【tóu】产时，保【bǎo】持生产连续性【xìng】是【shì】一大挑战。

（5）高粘度浆料的连续印刷稳定性：在HIT电池制备过程中，浆【jiāng】料【liào】粘度大导致的虚印断栅【shān】现象较多，需要数【shù】倍于常规【guī】产【chǎn】线的关注。

（6）焊带拉力的稳定性：拉力【lì】稳定的窗口窄【zhǎi】，双玻双面发电的组件结构【gòu】进【jìn】一步【bù】增加【jiā】了电池【chí】串联的难度。

此外【wài】，影响HIT产业化的【de】重要因素之一即成本问题，据杨立友博士介绍，HIT电池BOM成本前四项为硅片、导电银【yín】浆、靶材、制绒【róng】添加【jiā】剂。针对这【zhè】几个高【gāo】成【chéng】本部分，可进【jìn】行专项降本，包括【kuò】降低原材料的消耗量、关键设备的国【guó】产【chǎn】化、关键原材料的国产【chǎn】化、新技【jì】术的导入等。

总结

降本增效始【shǐ】终是光伏【fú】行业永恒的【de】主【zhǔ】题，随着行业不【bú】断的技术进步和【hé】政【zhèng】策推【tuī】动【dòng】，大众的目光逐【zhú】渐转移至度电成本【běn】上，高效电池因此备受瞩【zhǔ】目。继PERC电【diàn】池成为行业热点后，HIT电池技术初【chū】有【yǒu】突【tū】破，性价比优势【shì】开始【shǐ】显现【xiàn】，中科院电工研究所王【wáng】文静博【bó】士表示，未来将是P型PERC电池与【yǔ】N型【xíng】HIT电池争【zhēng】霸光伏产业的时【shí】代！