HIT新型异质结太阳电池实用教案

《HIT新型异质结太阳电池实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HIT新型异质结太阳电池实用教案（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin- layer）（带本征薄层异质结） 太阳电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池，它具有制备工艺 温 度 低 、 转 换 效 率 高 、 高 温 特 性 好 等 特 点 ， 是 一 种 低 价 高 效 电 池 。 HIT 太 阳 电 池技术是三洋公司的专利技术，目前只有三洋公司独家拥有，其实验室转换效率已达到 2 %， 且 R.M. Swanson 通 过 理 论 分 析 ， 预 言 这 种 结 构 电 池 的 转 换 效 率 可 以(ky)超过 25%。1.HIT太阳电池产生背景太阳电池产生背景(b

2、ijng)及结构及结构第1页/共20页第一页，共21页。电池电池(dinch)(dinch)结构结构栅格电极(dinj)透明(tumng)导电膜型非晶硅层本征层非晶硅层单晶硅层本征非晶硅层重掺杂型非晶硅层栅格电极透明导电膜第2页/共20页第二页，共21页。在上图表示在上图表示HITHIT太阳电池的基本太阳电池的基本(jbn)(jbn)构造中，构造中，其特征是以光照射侧的其特征是以光照射侧的p-i p-i 型型a-Si a-Si 膜膜( ( 膜厚膜厚5 5 10 nm) 10 nm) 和背面侧的和背面侧的i-n i-n 型型a-Si a-Si 膜膜( ( 膜厚膜厚5 10 5 10 nm)nm)

3、夹住单结晶夹住单结晶Si Si 片片, , 在两侧的顶层形成透明的在两侧的顶层形成透明的电极和集电极电极和集电极, , 构成具有对称构造的构成具有对称构造的HIT HIT 太阳电太阳电池。池。p-n结通过PECVD的方式，将本征非晶硅和p型非晶硅层沉积到n型单晶硅层的衬底上；在另一侧，背面场结构由本征非晶硅和n型非晶硅层构成。在两个掺杂层上TCO层和金属电极分别(fnbi)通过溅射和丝网印刷的方法制的。第3页/共20页第三页，共21页。由于HIT 太阳电池使用a-Si 构成p-n 结, 所以能够(nnggu)在200 以下的低温完成整个工序, 和原来的热扩散型结晶太阳电池的形成温度( 约900

4、) 相比较, 大幅度地降低了制造工艺的温度。由于这种对称构造和低温工艺的特征, 减少了因热量或者膜形成时产生的Si 晶片的变形和热损伤, 有利于实现晶片的轻薄化和高效化。HIT 太阳电池以a-Si膜作为表面钝化层。a-Si 和结晶Si 相比, 能隙更宽, 由于是异质结, 内电场升高; 另外, 很大程度上影响太阳电池性能的界面电场处在结晶表面侧的耗尽层内。其结果是, 由于内电场很强, 使载流子分离, 而在结晶表面侧的复合则难以产生。这是后面要说明的HIT 太阳电池开路电压( Voc ) 高的一个原因。该高Voc 是H IT 太阳电池的一个特征, 也是后面要说明的实际发电量升高的一个主要(zhyo

5、)因素。非晶硅表面(biomin)钝化层第4页/共20页第四页，共21页。在异质结界面附近建立起一个方向由 n 区指向 p区的内建电场，即p-n结；同时 n 型的c-Si与 n+的a-Si：H形成 n-n+结构，形成n+区指向 n 区的内建电场，即背电场。背电场产生的 光 生 电 压(diny)与 HIT 太阳电池结构本身的 p-n 结两端的 光 生 电 压(diny)极性相同，从而可以提高 HIT 太阳电池的 开 路 电 压(diny)。在HIT电池(dinch)中，本征a-Si：H的作用仅仅是钝化c-Si，而c-Si的作用一是与p型a-Si形成p n结，二是在光照条件下产生载流子，三是与背

6、面a-Si形成背电场。第5页/共20页第五页，共21页。2.HIT太阳电池(tiyndinch)的性能（）本征层的钝化效果及参数(cnsh)影响HIT 电池的性能之所以优异，关键得益于在单晶硅和非晶硅之间本征非晶硅薄层的插入(ch r)，从而使得单晶硅和非晶硅界面得到很好的钝化，进而得到较高的开路电压。因为对于异质结电池来说，界面态特性(尤其是界面态密度)决定了电池的输出特性。而界面态密度主要是由沉积在 c-Si 上的掺杂 a-Si:H 引入的。引入本征非晶硅层以后，掺杂层和衬底被分开了，因此问题得到解决。HIT 结构的本质特征是使电池获得一个良好的界面，从而避免载流子的复合。钝化效果直接反映

7、在少子寿命上，因此开展对本征非晶硅薄层钝化后硅片少子寿命的研究是制备高效 HIT 电池的前提和关键。以下几组实验分别是不同本征层参数的影响：第6页/共20页第六页，共21页。第7页/共20页第七页，共21页。第8页/共20页第八页，共21页。第9页/共20页第九页，共21页。第10页/共20页第十页，共21页。第11页/共20页第十一页，共21页。第12页/共20页第十二页，共21页。2.HIT太阳电池(tiyndinch)的性能（）钝化效果的一个直观(zhgun)表现左左图图表表现现了了HIT HIT 太太阳阳电电池池和和去去掉掉i i 型型a-Sia-Si膜膜的的p-n p-n 异异质质结

8、结太太阳阳电电池池暗暗状状态态时时的的I-V I-V 特特性性比比较较。p-n p-n 异异质质结结太太阳阳电电池池中中所所发发现现的的正正向向电电流流特特性性( ( 0. 0. 4 4 V V 附附近近) ) 的的变变化化, , 是是由由于于a-Si a-Si 顶顶层层膜膜中中存存在在的的高高密密度度间间隙隙态态, , 引引起起异异质质结结部部耗耗尽尽层层的的再再复复合合而而造造成成的的。对对比比, , 在在顶顶层层和和结结晶晶Si Si 之之间间插插入入高高质质量量a-Si a-Si 膜膜 ( ( i i 型型 a-Si a-Si 膜膜 ) ) , , 通通 过过(tnggu)(tnggu

9、)顶顶层层内内的的电电场场来来抑抑制制复复合电流合电流, , 这就是这就是HIT HIT 构造。构造。第13页/共20页第十三页，共21页。（）电池（）电池(dinch)(dinch)主要主要优点优点1.简单的低温工艺（全部工艺在 200下完成，能量消耗少，同时还能避免热应力以及由此造成的对硅片的损伤，对硅片机械质量的要求也相应变低）2.完美的钝化效果（利用高质量本征薄层(bo cn)钝化，创造了表面复合速率最低的世界纪录3cm/s）3.高稳定性（由于 HIT 电池中本征非晶硅层的厚度很薄，对光电转换的贡献很小，因此不存在非晶硅薄膜电池中由于本征层引起的 S-W(Steabler-Wronsk

10、i)效应）第14页/共20页第十四页，共21页。（）电池主要（）电池主要(zhyo)(zhyo)优点优点4.优秀的温度特性（HIT 电池的温度系数较传统由扩散工艺形成的电池低，即便在户外高温度的工作(gngzu)条件下，仍能表现出很好的输出特性）5.对称结构（可以减少生产过程中的热应力和机械应力，有利于衬底厚度减薄。前后表面同时对光线的吸收使得发电量更多）6.产量较高（由于 HIT 电池 p-n 结的形成和表面钝化同时发生，工艺时间缩短，因此提高了产量）第15页/共20页第十五页，共21页。（3 3）HIT HIT 太阳电池优异太阳电池优异(yuy)(yuy)的温度特性的温度特性HIT 太阳电

11、池的高Voc 特性究竟能给用户带来什么益处? 一般情况下, 太阳电池的输出特性依存于温度(wnd), 温度(wnd)上升则输出电压减少。左图表示把各种太阳电池在25时的转换效率归为1 时的温度(wnd)的变化率。HIT 太阳电池和一般的结晶Si 太阳电池相比, 其温度(wnd)依存性得到了改善第16页/共20页第十六页，共21页。.HIT .HIT 太阳电池太阳电池(ti yn din ch)(ti yn din ch)的研究进展（年）的研究进展（年）表1 国内外研究机构有关电池的研究现状研究机构国家沉积方式转化效率Sanyo日本PECVD22.8%（CZ-n）HZB德国PECVD18.5%（

12、FZ-p），19.8%（FZ-n）NREL美国HWCVD18.2%（FZ-n）IMT瑞士VHF-PECVD17.6%（FZ-n），16.3%（FZ-p）ENEA意大利PECVD10.2%（FZ-p）GUCAS中国HWCVD17.27%（CZ-p）Semi.CAS中国PECVD14.1%（CZ-p）第17页/共20页第十七页，共21页。.HIT .HIT 太阳电池的主要研究太阳电池的主要研究(ynji)(ynji)方向方向为提高效率，需要推进下面的高效率化技术的开发为提高效率，需要推进下面的高效率化技术的开发 : :( 1) ( 1) 通过形成高质量低损伤的通过形成高质量低损伤的 a-Si a-

13、Si 膜技术膜技术, ,更进一步改善钝化性能更进一步改善钝化性能(xngnng);(xngnng);啊啊( 2) c-Si ( 2) c-Si 的表面清净化技术的表面清净化技术 ; ;( 3) ( 3) 提高提高c-Si c-Si 表面凹凸构造的光封闭效果表面凹凸构造的光封闭效果 ; ;在在( 4) ( 4) 降低对发电没有贡献的降低对发电没有贡献的 a-Si a-Si 膜、透明导电膜的光吸收膜、透明导电膜的光吸收 ; ;是是( 5) ( 5) 表面集电极的细线化和低电阻化。表面集电极的细线化和低电阻化。第18页/共20页第十八页，共21页。谢谢谢谢(xixie)大家！大家！第19页/共20页第十九页，共21页。谢谢您的观看(gunkn)！第20页/共20页第二十页，共21页。内容(nirng)总结HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin- layer）（带本征薄层异质结） 太阳电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池，它具有制备工艺温度低、转换效率高、高温特性好等特点，是一种低价高效电池。本征层非晶硅层。在另一侧，背面场结构由本征非晶硅和n型非晶硅层构成。另外, 很大程度上影响太阳电池性能的界面电场处在结晶(jijng)表面侧的耗尽层内。谢谢您的观看第二十一页，共21页。