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【xiě】，意为本征薄【báo】膜异质结【jié】，因HIT已被日本三洋公【gōng】司申请为注册商标，所以【yǐ】又被称为HJT或SHJ（Silicon Heterojunction solar cell）。该类型【xíng】太阳能电池最【zuì】早由日本三洋公司于1990年成【chéng】功开发，当时【shí】转【zhuǎn】换效率【lǜ】可【kě】达到14.5%（4mm2的电池），后来在三洋公司的不断【duàn】改进下，三洋HIT电池的转换【huàn】效率于2015年已达【dá】到25.6%。

2015年三洋【yáng】的HIT专利保护【hù】结【jié】束【shù】，技【jì】术壁垒消除【chú】，是我【wǒ】国大【dà】力发展和推广HJT技术的大好时机。根据国际权威机构预测，HIT电池的【de】安装【zhuāng】量将持续上【shàng】升，2025年预【yù】计达到20GW（年），市场占比达到10%以上【shàng】，详【xiáng】细如下图。

图1 HIT电池市场安装量预测

刘正新博士【shì】表示，HIT电池具【jù】有【yǒu】发电量高、度电成本低的【de】优势，可能【néng】成为继【jì】PERC电【diàn】池【chí】之后的行业热【rè】点。那么对【duì】HIT电【diàn】池，你了解多少呢？

一、HIT电池的结构和原理

HIT电池【chí】结构【gòu】示意图如下，首先在【zài】N型单晶硅【guī】片（c-Si）的正面沉积很薄的本征【zhēng】非晶【jīng】硅薄膜（i-α-Si:H）和p型非晶【jīng】硅薄【báo】膜（p-α-Si:H），然【rán】后在硅【guī】片的背面沉积很薄的本征非晶硅薄膜（i-α-Si:H）和n型非【fēi】晶硅薄膜（n-α-Si:H）；再【zài】在电池【chí】的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，最后在TCO上制【zhì】作【zuò】金属电【diàn】极。

图2 HIT电池的结构

在电池正【zhèng】表面【miàn】，由于能带弯曲，阻【zǔ】挡了电子【zǐ】向正面的移动，空穴则由于本征层很薄而可以隧穿后通【tōng】过高【gāo】掺杂的【de】p+型非【fēi】晶【jīng】硅，构成空穴【xué】传输层。同样，在背表面，由【yóu】于能带弯曲阻挡【dǎng】了【le】空穴【xué】向背【bèi】面的移动，而电子可以隧穿后通过【guò】高掺杂的n+型非晶硅，构成电子【zǐ】传【chuán】输层。通过【guò】在电池正反两面沉积选择性传输层，使得光生【shēng】载【zǎi】流子只能在吸收材【cái】料中产生【shēng】富【fù】集然后从电池的一【yī】个表面流出【chū】，从而实现两【liǎng】者的分离。

二、HIT电池的工艺流程

HIT电【diàn】池的一大优势在于【yú】工艺步骤相对简单，总【zǒng】共分为四个步骤：制绒【róng】清【qīng】洗、非晶硅薄膜沉积、TCO制备、电极制备【bèi】。

图3 HIT电池的工艺流程

制备的核心【xīn】工艺是【shì】非晶硅薄膜的沉【chén】积，其对工艺清洁度要求极高，量产过程【chéng】中可靠性和可重【chóng】复性【xìng】是一大挑战，目【mù】前通常用【yòng】PECVD法【fǎ】制备。

HIT电池的【de】制【zhì】备工艺步骤简单【dān】，且工艺温度低【dī】，可避免高温工艺对【duì】硅片的损伤，并有效降低排【pái】放【fàng】，但是工艺难度大，且【qiě】产【chǎn】线与传统电池不兼容，设备【bèi】资产【chǎn】投资较大。

三、HIT电池的优势和特点

据刘正新博士【shì】介绍，HIT电【diàn】池【chí】具有发电量高【gāo】、度电成本【běn】低的优势，具【jù】体特点【diǎn】如下：

（1）双面电池：结构对称的N性单晶双面电池

HIT是非【fēi】常好的双面电池，正【zhèng】面和背面【miàn】基本无颜色【sè】差异，且双面率（指【zhǐ】电池背面效率【lǜ】与【yǔ】正面效率之比）可达到90%以上，最【zuì】高【gāo】可达【dá】96%，背面【miàn】发【fā】电的优势明显。

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】的中【zhōng】午【wǔ】时【shí】分，HIT电【diàn】池【chí】的发【fā】电量比一般晶体硅太阳电池【chí】高【gāo】出9-21%，双玻HIT组件的发电量高出20%以上，具有更高的用户附加值。

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【guī】太阳能电池【chí】最重要的问题之【zhī】一【yī】就是光致衰减，而HIT电【diàn】池天然无衰减，甚至在光照【zhào】下效率有一定【dìng】程度的增加【jiā】，上海【hǎi】微系统所【suǒ】在【zài】做HIT光致衰减实验时发现【xiàn】，光照后【hòu】HIT电池转换效【xiào】率增【zēng】加了2.7%，在持【chí】续光照后同【tóng】样【yàng】没【méi】有出现衰减现象。日本CIC、瑞士EPFL、CSEM在APL上的联【lián】合发表也证实了HIT电【diàn】池的光致【zhì】增【zēng】强特性。

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【chí】完美的对称结构和低温度【dù】工【gōng】艺使其非常适于薄片化，上海微系统【tǒng】所经【jīng】过大【dà】量【liàng】实验【yàn】发【fā】现，硅片厚度在【zài】100-180μm范围内，平均效率几乎不变，100μm厚度硅片已【yǐ】经实【shí】现了23%以【yǐ】上的转换【huàn】效率，目【mù】前正在进行90μm硅片批量【liàng】制备。电池薄片【piàn】化不仅可【kě】以降低硅片成本，其应【yīng】用也可以更加多样【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

在大规模量产方面【miàn】，首屈【qū】一指【zhǐ】的当然是【shì】日本三洋，现有产能【néng】1GW，量【liàng】产效率达23%。除【chú】此之外，具有较成熟【shú】HIT技【jì】术的还有Keneka、Sunpreme、Solarcity、福建均石、晋【jìn】能、新奥、汉能等企业。

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【yáng】立友【yǒu】博士【shì】介绍，目前【qián】HIT产品的量产难点主要包括以【yǐ】下几方面：

（1）高质量硅片：相较常规N型产品，HIT电【diàn】池对硅片【piàn】质量有更高的要求，需要谨慎选【xuǎn】择硅片【piàn】供应【yīng】商。

（2）制绒后硅片表面洁净度的控制：HIT电池对硅片【piàn】表面【miàn】洁净度【dù】要求非【fēi】常高【gāo】，需要平衡硅片清洗洁净程度和相【xiàng】关【guān】化学品【pǐn】以及水的消耗。

（3）各工序Q-time控制：HIT电池在完成非晶硅【guī】镀膜之前，对硅【guī】片【piàn】暴露在空气中的时【shí】间以及环境要求比较严苛，需【xū】要注意各【gè】工【gōng】序Q-time的控【kòng】制【zhì】。

（4）生产连续性对于TCO镀膜设备的影响：TCO镀膜【mó】必须保证【zhèng】连续投料，否则【zé】良率和设备状况都会受到影响【xiǎng】，尤其在产【chǎn】线刚投【tóu】产【chǎn】时，保持生产连续性是【shì】一大挑战。

（5）高粘度浆料的连续印刷稳定性：在HIT电池【chí】制备过【guò】程中，浆料粘度大导致的虚印断栅现象较【jiào】多【duō】，需要数倍于常规【guī】产【chǎn】线的关注。

（6）焊带拉力的稳定性：拉力稳定的窗【chuāng】口窄，双玻双面发电的组件结构【gòu】进一【yī】步增【zēng】加【jiā】了电池串【chuàn】联的难度。

此外，影响HIT产业化的重要因素之一即成【chéng】本【běn】问题，据杨立友博士介绍【shào】，HIT电池BOM成【chéng】本前四【sì】项为硅片、导电银【yín】浆、靶材、制【zhì】绒添加剂。针对【duì】这几个高成本部分【fèn】，可进行专项【xiàng】降【jiàng】本，包括降低原材料的消耗量【liàng】、关【guān】键设【shè】备的【de】国产化、关【guān】键原材料的国【guó】产【chǎn】化、新技术的导入等。

总结

降本增效始【shǐ】终【zhōng】是光伏行业【yè】永恒的【de】主题【tí】，随着行业【yè】不断的技【jì】术进步和政策推【tuī】动，大众的目光逐渐转移至度电成本上【shàng】，高效电池【chí】因此【cǐ】备受【shòu】瞩目。继PERC电池【chí】成为行【háng】业热点后，HIT电池【chí】技术初有【yǒu】突破，性【xìng】价比优势开始【shǐ】显【xiǎn】现，中科院电工研究所王文【wén】静博士表示，未【wèi】来将是P型PERC电池与N型HIT电池争霸【bà】光伏产业的【de】时代！