HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的縮寫，意為本征薄膜異質(zhì)結(jié)，因HIT已被日本三洋公司申請為注冊商標(biāo)，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(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到14.5%（4mm2的電池），后來在三洋公司的不斷改進(jìn)下，三洋HIT電池的轉(zhuǎn)換效率于2015年已達(dá)到25.6%。

2015年三洋的HIT專利保護(hù)結(jié)束，技術(shù)壁壘消除，是我國大力發(fā)展和推廣HJT技術(shù)的大好時(shí)機(jī)。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，HIT電池的安裝量將持續(xù)上升，2025年預(yù)計(jì)達(dá)到20GW（年），市場占比達(dá)到10%以上，詳細(xì)如下圖。

圖1 HIT電池市場安裝量預(yù)測

劉正新博士表示，HIT電池具有發(fā)電量高、度電成本低的優(yōu)勢，可能成為繼PERC電池之后的行業(yè)熱點(diǎn)。那么對HIT電池，你了解多少呢？

一、HIT電池的結(jié)構(gòu)和原理

HIT電池結(jié)構(gòu)示意圖如下，首先在N型單晶硅片（c-Si）的正面沉積很薄的本征非晶硅薄膜（i-α-Si:H）和p型非晶硅薄膜（p-α-Si:H），然后在硅片的背面沉積很薄的本征非晶硅薄膜（i-α-Si:H）和n型非晶硅薄膜（n-α-Si:H）；再在電池的兩面沉積透明氧化物導(dǎo)電薄膜(TCO)，最后在TCO上制作金屬電極。

圖2 HIT電池的結(jié)構(gòu)

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(gòu)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(gòu)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(chǎn)生富集然后從電池的一個(gè)表面流出，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離。

二、HIT電池的工藝流程

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(gè)步驟：制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO制備、電極制備。

圖3 HIT電池的工藝流程

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(chǎn)過程中可靠性和可重復(fù)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(chǎn)線與傳統(tǒng)電池不兼容，設(shè)備資產(chǎn)投資較大。

三、HIT電池的優(yōu)勢和特點(diǎn)

據(jù)劉正新博士介紹，HIT電池具有發(fā)電量高、度電成本低的優(yōu)勢，具體特點(diǎn)如下：

（1）雙面電池：結(jié)構(gòu)對稱的N性單晶雙面電池

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(dá)到90%以上，最高可達(dá)96%，背面發(fā)電的優(yōu)勢明顯。

圖4 HIT電池正面、背面顏色對比

圖5 HIT電池的雙面率測試

（2）低溫度系數(shù)：高溫環(huán)境下發(fā)電量高

在一天的中午時(shí)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。

圖6 HIT電池的發(fā)電量對比

（3）無光致衰減：HIT電池的光致增強(qiáng)特性

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(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，光照后HIT電池轉(zhuǎn)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(shí)了HIT電池的光致增強(qiáng)特性。

圖7 上海微系統(tǒng)所HIT電池光致效率增強(qiáng)

圖8 日本CIC、瑞士EPFL、CSEM在APL上的聯(lián)合發(fā)表

（4）對稱結(jié)構(gòu)適于薄片化：硅片厚度不斷減小（190-150-130-100μm）

HIT電池完美的對稱結(jié)構(gòu)和低溫度工藝使其非常適于薄片化，上海微系統(tǒng)所經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅片厚度在100-180μm范圍內(nèi)，平均效率幾乎不變，100μm厚度硅片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了23%以上的轉(zhuǎn)換效率，目前正在進(jìn)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(yīng)用也可以更加多樣化。

圖9 HIT電池參數(shù)隨硅片厚度的變化

四、HIT電池的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

在大規(guī)模量產(chǎn)方面，首屈一指的當(dāng)然是日本三洋，現(xiàn)有產(chǎn)能1GW，量產(chǎn)效率達(dá)23%。除此之外，具有較成熟HIT技術(shù)的還有Keneka、Sunpreme、Solarcity、福建均石、晉能、新奧、漢能等企業(yè)。

圖10 國內(nèi)外HIT電池的產(chǎn)業(yè)化情況

五、HIT電池的量產(chǎn)難點(diǎn)

據(jù)晉能科技總經(jīng)理?xiàng)盍⒂巡┦拷榻B，目前HIT產(chǎn)品的量產(chǎn)難點(diǎn)主要包括以下幾方面：

（1）高質(zhì)量硅片：相較常規(guī)N型產(chǎn)品，HIT電池對硅片質(zhì)量有更高的要求，需要謹(jǐn)慎選擇硅片供應(yīng)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(guān)化學(xué)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(shí)間以及環(huán)境要求比較嚴(yán)苛，需要注意各工序Q-time的控制。

（4）生產(chǎn)連續(xù)性對于TCO鍍膜設(shè)備的影響：TCO鍍膜必須保證連續(xù)投料，否則良率和設(shè)備狀況都會受到影響，尤其在產(chǎn)線剛投產(chǎn)時(shí)，保持生產(chǎn)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(dǎo)致的虛印斷柵現(xiàn)象較多，需要數(shù)倍于常規(guī)產(chǎn)線的關(guān)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(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加了電池串聯(lián)的難度。

此外，影響HIT產(chǎn)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(xiàng)為硅片、導(dǎo)電銀漿、靶材、制絨添加劑。針對這幾個(gè)高成本部分，可進(jìn)行專項(xiàng)降本，包括降低原材料的消耗量、關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化、關(guān)鍵原材料的國產(chǎn)化、新技術(shù)的導(dǎo)入等。

總結(jié)

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(shù)進(jìn)步和政策推動，大眾的目光逐漸轉(zhuǎn)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(diǎn)后，HIT電池技術(shù)初有突破，性價(jià)比優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，中科院電工研究所王文靜博士表示，未來將是P型PERC電池與N型HIT電池爭霸光伏產(chǎn)業(yè)的時(shí)代！