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(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(p)a-Si/(i)a-Si/(n)c-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(NERL)T.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。
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