未来或可与PERC争霸光伏产业的HIT电池，你知道多少？

HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的缩写，意为本【běn】征【zhēng】薄膜【mó】异【yì】质结，因HIT已被日本三洋公【gōng】司【sī】申请为注册商标，所以又被称为HJT或【huò】SHJ（Silicon Heterojunction solar cell）。该类【lèi】型太阳能电池最早由日本三洋【yáng】公司于1990年【nián】成功开发【fā】，当【dāng】时转换效【xiào】率可达到14.5%（4mm2的电池），后来在三洋公司【sī】的不断改【gǎi】进下，三洋HIT电池【chí】的转换效率于2015年【nián】已【yǐ】达到25.6%。

2015年三洋的HIT专利保护结【jié】束，技【jì】术【shù】壁垒消除，是【shì】我国大力发【fā】展和推广【guǎng】HJT技术的大【dà】好时机。根【gēn】据国【guó】际权【quán】威机构预测，HIT电池【chí】的安装量将持【chí】续上升，2025年预计达到【dào】20GW（年），市场占【zhàn】比达到10%以上，详【xiáng】细如下图。

图1 HIT电池市场安装量预测

刘【liú】正新博【bó】士表示，HIT电池具【jù】有发电量高、度【dù】电成本【běn】低的优势，可能成为继PERC电【diàn】池之后的行【háng】业【yè】热点。那【nà】么对HIT电池，你了解多少呢？

一、HIT电池的结构和原理

HIT电池【chí】结构示【shì】意图如下，首先在【zài】N型单【dān】晶硅【guī】片（c-Si）的正面沉积很【hěn】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【zài】硅片的背【bèi】面【miàn】沉积很薄【báo】的本征非晶硅薄膜（i-α-Si:H）和n型【xíng】非晶硅薄【báo】膜【mó】（n-α-Si:H）；再在电【diàn】池的【de】两面沉【chén】积透明氧化【huà】物【wù】导【dǎo】电薄膜(TCO)，最后在TCO上制作金属电极。

图2 HIT电池的结构

在【zài】电池【chí】正【zhèng】表面，由于能带弯【wān】曲【qǔ】，阻挡了电子向【xiàng】正面的移动【dòng】，空穴则由于本征层很薄而可【kě】以隧穿【chuān】后通过高掺杂的p+型非晶硅，构【gòu】成空穴传输层【céng】。同样【yàng】，在【zài】背表面，由于【yú】能带弯曲阻挡了空【kōng】穴向背面的移【yí】动，而电子【zǐ】可以【yǐ】隧穿后通过高掺【chān】杂的n+型非晶【jīng】硅，构成电子传输层。通过在电池正反两面沉积选【xuǎn】择性传输层，使得光【guāng】生【shēng】载【zǎi】流子只能在吸收【shōu】材料中产生富集然后从电池的【de】一个表面流出，从而实现两者【zhě】的【de】分离。

二、HIT电池的工艺流程

HIT电池的一大【dà】优势在于工艺步骤相【xiàng】对简单，总共分为四个步骤【zhòu】：制绒清【qīng】洗、非【fēi】晶【jīng】硅薄膜沉积、TCO制【zhì】备、电极制备。

图3 HIT电池的工艺流程

制【zhì】备的【de】核心工艺是非【fēi】晶【jīng】硅薄膜的沉积，其对工艺清洁度要求极高【gāo】，量产过程【chéng】中可靠性和可【kě】重复性是一大挑战【zhàn】，目前通常用PECVD法【fǎ】制备。

HIT电池的制【zhì】备工艺步【bù】骤简单，且工艺温度低【dī】，可避【bì】免高温工艺对硅片的【de】损伤，并有【yǒu】效降【jiàng】低【dī】排放，但是工艺难度大，且产线与传统电【diàn】池不兼容，设备【bèi】资产投资较大。

三、HIT电池的优势和特点

据【jù】刘正新博士介绍，HIT电池具有发电【diàn】量高、度电成本【běn】低的优势，具体【tǐ】特点如下：

（1）双面电池：结构对称的N性单晶双面电池

HIT是非常好的双面电【diàn】池【chí】，正面【miàn】和背面基本无【wú】颜色差【chà】异，且双面率（指电池背面【miàn】效率【lǜ】与正面效率之比【bǐ】）可达到90%以【yǐ】上，最高可达【dá】96%，背【bèi】面发电的【de】优势明显。

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【tiān】的【de】中午时【shí】分【fèn】，HIT电池的【de】发电量比一般晶体【tǐ】硅太阳电池高出9-21%，双玻HIT组件的发电量高出20%以【yǐ】上，具有【yǒu】更高的【de】用户附加【jiā】值。

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

困扰晶硅太阳【yáng】能【néng】电池最重要的问题【tí】之一就是光致衰减【jiǎn】，而HIT电池天然无衰【shuāi】减，甚【shèn】至在光照下效率有一定程【chéng】度【dù】的增【zēng】加，上海微【wēi】系【xì】统所在做HIT光致衰【shuāi】减实验时【shí】发现【xiàn】，光照后HIT电池转换效率【lǜ】增加了2.7%，在持续光【guāng】照后同样没有出现【xiàn】衰减【jiǎn】现象。日本【běn】CIC、瑞士EPFL、CSEM在APL上的联【lián】合发表也证实了HIT电池的【de】光致增强特【tè】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【chí】完美的对称结【jié】构【gòu】和【hé】低温度工艺【yì】使其非常适于薄片【piàn】化【huà】，上海微系统【tǒng】所经过大量实验发现，硅片厚度在100-180μm范围内，平【píng】均效【xiào】率几【jǐ】乎不变，100μm厚度硅片已经实现【xiàn】了23%以上的转【zhuǎn】换效率，目前正【zhèng】在进行90μm硅片批量制备。电池薄片【piàn】化【huà】不仅可以降低硅片成本，其应用也【yě】可以更加多样【yàng】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，首屈一指的当然是【shì】日本三洋，现有【yǒu】产能【néng】1GW，量产效率达【dá】23%。除此【cǐ】之【zhī】外，具【jù】有【yǒu】较成熟【shú】HIT技术的还有Keneka、Sunpreme、Solarcity、福建均石、晋能、新奥、汉能等企【qǐ】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【jù】晋能科技总【zǒng】经理【lǐ】杨立友博士介绍【shào】，目前HIT产【chǎn】品的量产难点主要包括以下【xià】几方面：

（1）高质量硅片：相较【jiào】常规N型产品【pǐn】，HIT电池对硅片质量有更高的要求，需【xū】要【yào】谨慎选【xuǎn】择硅片【piàn】供应商【shāng】。

（2）制绒后硅片表面洁净度的控制：HIT电池对硅片表面洁净度要【yào】求非常高，需要平【píng】衡硅片清洗洁【jié】净程度和【hé】相【xiàng】关化学【xué】品以及水的消耗。

（3）各工序Q-time控制：HIT电【diàn】池【chí】在完【wán】成非【fēi】晶【jīng】硅镀膜之前，对硅片暴露在空气中的时间以及环境要求比较严【yán】苛，需要【yào】注意各工序【xù】Q-time的控制。

（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，否则良率和设备【bèi】状【zhuàng】况都会受到影响，尤其在产线刚投产时【shí】，保持生产【chǎn】连【lián】续【xù】性是【shì】一大挑战。

（5）高粘度浆料的连续印刷稳定性：在HIT电【diàn】池制【zhì】备过程中【zhōng】，浆料粘度大导致的【de】虚印断栅现象较多【duō】，需要数倍【bèi】于常规产【chǎn】线的关注。

（6）焊带拉力的稳定性：拉力稳定的窗口【kǒu】窄，双【shuāng】玻【bō】双【shuāng】面发【fā】电的组件结构进一步增加了电池串【chuàn】联的难度。

此外，影响HIT产业化的重要因【yīn】素之一即成本问题，据杨立【lì】友博士介绍【shào】，HIT电池BOM成本前四项为硅片、导电银浆、靶材【cái】、制绒添加剂【jì】。针对这几个高【gāo】成【chéng】本部分【fèn】，可进行专项【xiàng】降本，包括降低【dī】原材料的【de】消耗量、关键【jiàn】设备【bèi】的国产化、关键【jiàn】原材【cái】料的国产化、新技术的导入等。

总结

降本增效始【shǐ】终【zhōng】是光伏行业永恒的主题，随【suí】着行业不【bú】断的技术进步和政策推动，大众的目光逐渐【jiàn】转移至度电成本上，高效电【diàn】池【chí】因【yīn】此备【bèi】受【shòu】瞩目。继PERC电池成【chéng】为行【háng】业热点后，HIT电池技【jì】术初有突【tū】破【pò】，性价比优势开【kāi】始显现，中科院【yuàn】电【diàn】工研究所王文静博士表示，未【wèi】来将是P型PERC电池与【yǔ】N型【xíng】HIT电池争霸光伏产业的时代！