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高效HIT异质结太阳能电池相关资料介绍.pdf

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高效HIT异质结太阳能电池相关资料介绍.pdf

全球最大 HIT 太阳能发电厂在意大利建成关键词 太阳能发电太阳能电池意大利北极星太阳能光伏网讯 装配 Panasonic 集团的三洋电机 HIT 太阳能电池 模组的 太阳能发电 厂在位于 意大利 的托雷圣苏珊娜建造完毕。该发电站设计发电 7.567 兆瓦,由 32,202个 HIT-235 个太阳能电池模组组成, 同时配备了太阳能跟踪器以获取最大化的发电量。 这是欧洲最大的跟踪太阳能型发电站之一,同时也是世界范围内使用广受赞誉的 HIT 太阳能电池模组最大的系统。太阳能发电站项目最初由德意志银行的资产融资和租赁可再生能源部主导的事业联盟筹建。于去年 12 月建设完成并于今年 4 月与输电网进行了连接。世界上最大的电站之一意大利太阳能电站投产 采用三洋 HIT 组件关键词 意大利三洋 HIT 太阳能组件北极星太阳能光伏网讯 采用 三洋 HIT 组件的 意大利 普利亚地区太阳能电站被认为是世界上最大的电站之一,目前已经投入运营。坐落于托雷圣苏珊娜的该电站总装机容量达 7.56MW , 足以满足 3,300 个住户的供电需求。该项目是德意志银行、 EST 能源和太阳能科技公司、 dean 太阳能和三洋共同协作的结晶。“ 该电站并不是德意志银行首次涉足到可再生能源行业,到目前为止,德意志银行参与了 50 多个大型可再生能源项目,全球的总装机容量已经超过了 850MW 。 ” 全球融资贷款项目主管 Bernd Fislage 表示。该项目中应用了 32,000 个三洋 HIT 组件总额达 5417 万澳元,占地 19 公顷。三洋 HITHeterojunction with Intrinsic Thin layer 组件是一种混合型 太阳能组件 , 结合了一层薄薄的单晶硅层覆于超薄的非晶硅层。 三洋该款新组件最高效率可达 21.2, 实际整体效率在 18.6 左右。三洋 HIT 的高效使其已经成为很多商业项目以及澳大利亚住宅光伏系统的重要选择。因为其不仅高效且在高温下的产能也很好, 体积小, 为更多屋顶空间有限的住户安装提供了方便。三洋电机厚 98μm 的薄型 HIT 太阳能电池转换效率达 23.7%关键词 三洋电机 HIT 太阳能电池北极星太阳能光伏网讯 三洋电机 采用 98μm 厚的薄型 Si 单元的 HIT( HeterojunctionwithIntrinsicThinLayer ) 太阳能电池 , 实现了 23.7%的转换效率。 该公司 2009年 9 月发布的 22.8%的转换效率(厚度为 98μm )又提高了 0.9 个百分点。超过了该公司在2009 年 2 月发布, HIT 单元目前最高的转换效率 23.0%(厚度在 200μm 以上)。转换效率的提高主要得益于以下三点 ( 1)改进透明导电膜( TCO ),提高了孔迁移率; ( 2)改进布线部分,减小了布线暗影的影响,同时降低了电阻值; ( 3)提高对短波长光的反应,减小了光学损失。上述改进措施的具体方法均未透露。通过上述改进,开路电压( Voc)达到 745mV 、短路电流( Isc )达到 3.966A 、填充系数( FF)达到 80.9%。单元面积为 100.7cm2。此次转换效率的测定是由产业技术综合研究所在 2011 年 5 月 31 日实施的。发布会之后的提问中,有人询问在普通厚度的单元上应用此次成果的情况。对此,三洋电机表示 “ 我们在研发中一直致力于降低成本,因此现有厚度的单元没有试用此次的成果 ” 。结晶硅型太阳能电池的转换效率正在逐渐接近理论极限值。为了应对转换效率越来越难以提高的情况, 三洋电机的研发正向在维持转换效率的情况下以单元薄型化来降低成本转移。日本最被认可的三洋 HIT 太阳能电池明年将投身于松下关键词 太阳能太阳能电池三洋 HIT北极星太阳能光伏网讯 最被认可的日本 太阳能 品牌之一 三洋 HIT 太阳能电池 明年将投身到松下品牌旗下。 松下收购三洋的举动据说是松下巩固其名下多领域产品的品牌化战略的一部分。松下表示,收购后,三洋仍然负责松下集团能源部门的关键领域。松下新的财政年度将始于 2012 年 4 月 1 日, 届时, 三洋出产的太阳能电池组件将使用PanasonicHIT 品牌。Solar而非晶硅太阳能电池虽然能大面积生产,造价又低廉,但其转换效率仍比较低,并且稳定性差。为了降低成本同时保持高转换效率,近年来 HIT 电池得到了迅速的发展。这种异质结结构的电池是综合两者优点充分发挥各自长处的最佳设计。本文介绍了 HIT 电池的结构与特点,综述了 HIT 电池的发展现状,并对 HIT 电池的未来进行了展望。1、 HIT 太阳能电池的结构与特点1.1HIT 太阳能电池的结构图 1 为 HIT、 太阳能电池的基本构造, 其特征是以光照射侧的 p-i 型 a-Si H 膜 膜厚 5~lOnm和背面侧的 i-n 型 a_Si H 膜 膜厚 5~ 10nm夹住晶体硅片, 在两侧的顶层形成透明的电极和集电极,构成具有对称结构的 HIT 太阳能电池。1.2HIT 太阳能电池的特点1低温工艺HIT 电池结合了薄膜光伏电池低温 250℃ 制造的优点,从而避免采用传统的高温 900℃ 扩散工艺来获得 p-n 结。这种技术不仅节约了能源,而且低温环境使得 a_Si H 基薄膜掺杂、 禁带宽度和厚度等可以较精确控制, 工艺上也易于优化器件特性 ;低温沉积过程中,单品硅片弯曲变形小,因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值 约 80μ m;同时低温过程消除了硅衬底在高温处理中的性能退化, 从而允许采用 “ 低品质 ” 的晶体硅甚至多晶硅来作衬底。2高效率HIT 电池独有的带本征薄层的异质结结构, 在 p_n 结成结的同时完成 r 单晶硅的表面钝化,大大降低了表面、界面漏电流,提高了电池效率。目前 HIT 电池的实验室效率已达到23,市售 200W 组件的电池效率达到 19.5 。3高稳定性HIT 电池的光照稳定性好,理沧研究表明非品硅薄膜 /晶态硅异质结中的非晶硅薄膜没有发现 Staebler-Wronski 效应,从而不会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象 ;HIT 电池的温度稳定性好,与单晶硅电池一 0.5/ ℃的温度系数相比, HIT 电池的温度系数可达到一 0.25/℃,使得电池即使在光照升温情况下仍有好的输出 , “ 。4低成本HIT 电池的厚度薄,可以节省硅材料 ;低温工艺可以减少能量的消耗,并且允许采用廉价衬底 ;高效率使得在相同输出功率的条件下可以减少电池的面积,从而有效降低了电池的成本。2、 HIT 太阳能电池的发展现状2.1HIT 太阳能电池的技术发展状况1990 年, 日本 Sanyo 公司最早开始研究异质结太阳能电池。 1992 年, Tanaka 等就创下p-a-Si H/i-a-Si H/n_c-Si 结构太阳能电池光电转换效率 18.1的纪录,并将这种带有本征薄层的结构称之为 HIT 结构。此后,中国、美国、德国、法国、意大利、荷兰等同家也相继投入到 HIT 太阳能电池的研究中 表 1 为各国研究的 HIT 电池的种类、 制备工艺以及电池所能达到的转换效率情况 。为进一步提高电池的效率,其研究主要侧重于以下几个方面。1异质结能带结构的优化H1T 电池与传统电池最大的区别就是非晶硅与晶体硅构成的异质结结构。通过设计异质结界面的势垒高度获得合适的能带结构,以提高电池的转换效率。以 Sanyo 公司 HIT 电池为例, 在 pa-Si/ia-Si/nc-Si 的异质结结构中, 非晶硅与单晶硅界面价带位错要小, 以便收集空穴,同时导带的位错要尽可能大,以阻 I 七电子的通过。异质结势垒高度的设计主要是通过控制非晶硅薄膜的沉积参数来实现的。2非晶硅层的制备方法HIT 电池的非晶硅层通常用等离子增强化学气相沉积 PECVD 技术进行制备。近年来,中科院研究生院张群芳等以及美国国家可再生能源实验室 NERLT.H.Wang 等口朝采用热丝增强化学气相沉积 HWCVD 技术制备了 P 型衬底的 HIT 电池。 与 PECVD 相比, HWCVD产生的等离子能量较低, 能有效避免离子的轰击, 同时可产生用于预处理硅片表面的低能原子氢,制备过程中的粉尘较少,不易使 a-Si H 薄层短路。此外,美国纽约州立大学的B.Jagannathan等还用直流磁控溅射技术制备了 P 型 HIT 电池,在 0.3cm2 的面积上得到了550mV 的开路电压和 30mA/cm2 的短路电流。3背面场 BSF的研究背面场能改善背面复合速率和背表面反射,从而提高开路电压、增大短路电流。制备背面场的传统方法有销合金法、 硼扩散法、 磷扩散法等, 但这些工艺都需要高温过程, 只能先制备背面场再沉积非晶硅簿膜。与 HIT 电池低温工艺兼容的制备工艺主要有在单晶硅背面沉积重掺杂非晶硅薄膜形成背面场。 ToruSawada 等用 PECVD 法在 n 型衬底上制备出 HIT结构 i/na-Si 的背面场。该背面场利用了异质结的特性,不需要重掺杂就能形成。结果显示,HIT 结构背面场达到了比热氧钝化更好的表面钝化效果。 Y.Ves-chetti 等 u80 还用光刻、硼离子注入实现了局部背面场 LocalBSF , 与全面积 Full 铝合金背面场相比, 开路电压大大提高,达到了 676mV ,为 P 型 HIT 电池开路电压的最高值。 H.D.Goldbach 等用 P“μc -Si 制作了 P 型 HIT 电池的背面场。 因为 μc -Si 比 a-Si 有更高的掺杂效率, 所以能实现高浓度的掺杂,从而降低激活能,形成性能优良的背面场,提高电池转换效率。数值模拟结果表明,在 n型衬底 HIT 电池的背面增加一层重掺杂的 n层可以起到背面场的作用,使电池的效率提高到 24.35。4衬底材料的选取,衬底的类型不同, 电池的转换效率也不同。 TucciM 等研究发现, n 型衬底的 HIT 电池由于异质结能带结构方而的优势, 其转换效率略高于 P 型衬底的太辟 j 能电池, 但 P 型衬底太阳能电池对界面的要求较低,因此易于制备。 T.H.Wang 等分别用 P 型区熔 FZ 硅和直拉CZ 硅作衬底制成了 HIT 电池,结果发现衬底为 FZ 硅太阳电池的效率高于 CZ 硅。美国国家可雨生能源实验室的 WangQi 等用 HWCVD 法在 Fz 衬底上制备的 HIT 太阳能电池的效率已达到 19.1 。但是 FZ 硅的价格高于 CZ 硅,因此应从效率和成本两方新综合考虑,选择合适的衬底。另外,为了减小电池对入射光的反射牢,绒面衬底也被应用到 HIT 电池中,并且取得了租好的减反射效果。5发射极材料的革新为了减少非晶硅层对入射光的吸收, 可采用宽带隙材料如微晶硅 μc -Si 、 纳晶硅 nc-Si等作为发射极,提高光的透过率。 CSummontc 等用 RF-PECVD 技术,通过高氢气稀释的气源,在 P 型衬底上制备了 n 型 μc -Si 发射极,结果显示,与 a-Si 发射极相比, HIT 电池的短路电流和转换效率有明显提高。中科院半导体所许颖等也用 RF-PECVD 在 p 型衬底上制备出了 n 型 nc-Si 发射极。除 PECVD 法以外,中科院研究生院的张群芳等还用 HWCVD 法制备 μc -Si 发射极。另外, J.Danmon-Lacoste 等用 PECVD 法在形成多态硅 pm-Si 的条件下制各了 HIT 电池的本征层,测试结果显示 pm-Si 的载流于有效寿命比 a-Si 高出 1 个数量级。2.2Hrr 太阳能电池的产业化状况HIT 电池模块自 1997 年投人市场吼来发展极为迅速。图 2 为 2004 年各类太阳能电池所占市场份额,由图 2 可知,短短数年问 HIT 电池已占据世界光伏市场 5的市场份额。在研究及其大规模产业化的过程中, Sanyo 做出了重要贡献。自 1991 年 HIT 电池的研究工作取得突破性进展,在 1cm2 面积上制备出转换效率为 20.0的 HIT 电池以来, Sanyo 公司在工业化生产中推出了名为 HITPower21 的电池组件,转换效率高达 17.39,它由 96 片 HIT电池组成 .输出功率为 180W。同时,, Sanyo 公司还推出了能替代屋顶瓦片的高性价比太阳电池模块 HITpowerroof 。 双面模块 HITpowerdouble 也随后面世, 特别适合安装在地面以及围墙等设施上。2003 年 4 月, Sanyo 公司推出了输出功率为 200W 的 HIT 电池模块 .模块的电池转换效率达到 19.5 , 模块效率为 17, 并且温度特性有大幅提高, 年发电量比传统太阳电池多出43。 2006 年, HIT 电池的最高转换效率达到 21.8 , 270W 的 HIT 电池模块首先在欧洲上市,工程中太阳能电池模块的用量可再减少约 25。2009 年 5 月, Sanyo 公司又将 HIT 池的转化效率提高到 23的世界纪录。同年 9 月,该公司又以厚度仅为此前 1/2 左右的 98μm 的 HIT 太阳能电池实现了 22.8的电池单元转化效率 开路电压 Voc 为 0.743,短路电流 Isc为 38.8mA/cm2. 填充因子 FF为 79.1.电池单元面积为 100.3cm2 。 虽然厚度减半, 但电弛单元转换效率却只降低了 0.2 。 由于减少了占成本 1/2 的硅的使用量 .从而为 HIT 电池的低成本化开辟了道路。同时 Sanyo 计划近期将此技术应用于量产, 并在 FY2013 赢得日本光伏市场的最大份额, 从而显示出 HIT 电池具有极大的发展潜力。德国在软件模拟计算中取得了较大的进步 .使转化效牢提高到了 19.8; 美国研究的 HIT电池效率也达到了 19.1 。 但是由于核心工艺技术和关键设备技术产业化生产工艺还不是很成熟 .产业化电池效率不是很高,他们将在今后的研究中大力改进工艺,实现大规模产业化生产。3、结束语HIT 电池虽然发展很迅速,但是仍然存在许多问题。出于生产过程中的每一步工艺要求都很严格, 所以在保证高效的情况下, 大规模的量产还需要进一步的研究。 HIT 电弛虽然效率已选 23,成本也在逐渐降低,但发电成本仍然远高于传统方法的发电成本。目前, HIT 电池研究最多的是非晶硅 /单晶硅异质结电池, 其中廉价非晶硅的用量很少,而价格昂贵的单晶硅仍占多数。因此,为了满足国民生产对太阳能电池组件的需求 .在以后的研究中,一方面应大力开发新技术在保证电池转换效率的前提下降低 HIT 电池的厚度 ;另一方面用廉价材料代替价格昂贵的单晶硅材料来降低成本, 如多晶硅。 同时也可以通过开发新技术来降低单晶硅的生产成本。

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