来源：光伏头条
时间：2024-09-07
什么是HJT电池
HJT电池，又称为异质结电池，是以N型单晶硅为基底，在前后表面分别沉积不同特性的硅基薄膜叠层和透明导电薄膜。标准晶体硅太阳能电池是一种同质结电池，即PN结是在同一种半导体材料上形成的，而异质结电池的PN结采用不同的半导体材料构成。
日本三洋公司在1990年发明出HIT电池并申请为注册商标，因此异质结电池又被称为HJT（Heterojunction Technology）或SHJ（Silicon Heterojunction）。
华晟新能源喜马拉雅G12-20BB异质结电池
HJT电池结构如下图所示，首先在N型单晶硅片(c-Si)的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和p型非晶硅薄膜(p-a-Si:H)，然后在硅片的背面沉积很薄的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和n型非晶硅薄膜(n-a-Si:H)形成背表面场；再在电池的两面通过PVD沉积透明氧化物导电薄膜(Transparent Conductive Oxide，TCO)，TCO不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到减反作用；最后在TCO上制作金属电极。
异质结的PN结采用不同半导体材料构成双异质结：在宽带隙的p型和N型半导体材料之间插入一薄层窄带隙的材料。
HJT技术通过在PN结之间插入本征非晶硅作为缓冲层，对晶体硅表面起到良好的钝化作用，很好地解决了常规电池掺杂层和衬底接触区域的高度载流子复合损失问题，实现较高的少子寿命和开路电压。
HJT电池的发展阶段
HJT电池的发展历程可以分为初步发展阶段、工业化阶段、商业初期、商业化量产爆发期四个阶段。
HJT电池的优势
1、转换效率高
主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。
目前量产效率普遍已在24%以上；25%以上的技术路线已经非常明确，即在前后表面使用掺杂纳米晶硅、掺杂微晶硅、掺杂微晶氧化硅、掺杂微晶碳化硅取代现有的掺杂；HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。
2、工艺流程短
HJT电池工艺主要包括4个环节：制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝网印刷；远少于PERC（10个）和TOPCON（12-13个）。其中，非晶硅沉积主要使用PECVD方法。
TCO薄膜沉积目前有两种方法：RPD（反应等离子体沉积）和PVD（物理化学气相沉积）。RPD专利普及率高，而PVD技术发展成熟，提供设备的厂家较多。
3、低温工艺
HIT电池由于采用硅基薄膜形成p-n结，因而最高工艺温度就是非晶硅薄膜的形成温度(~200℃)，从而避免了传统热扩散型晶体硅太阳电池形成p-n结的高温(约900℃)。低温工艺节约能源，而且采用低温工艺可使硅片的热损伤和变形减小，可以使用薄型硅片做衬底，有利于降低材料成本。三洋(现松下)公司最近获得的高效率HIT电池都是在厚度小于100um的硅片上获得的。
4、高开路电压
HIT电池由于是在晶体硅和掺杂薄膜硅之间插入了本征薄膜i-a-SiH，它能有效地钝化晶体硅表面的缺陷，因而HIT电池的开路电压比常规电池要高许多，从而能够获得高的光电转换效率。目前HIT电池的V达到了750mV。
5、低温度系数
太阳电池的性能数据通常是在25℃的标准条件下测量的，然而光伏组件的实际应用环境是室外，高温下的电池性能尤为重要。由于HIT电池结构中的非晶硅薄膜/晶体硅异质结，其温度特性更为优异，前期报道的HIT电池性能的温度系数为-0.33%/℃经过改进，电池的开路电压得到提升，其温度系数减小至-0.25%/℃，仅为晶体硅电池的温度系数-0.45%/℃的一半左右，使得HIT电池在光照升温情况下比常规电池有好的输出。由于电池结构中的非晶硅薄膜，因此HIT电池具有薄膜电池的优点，弱光性能比常规电池要好。
6、无LID与PID，低衰减
由于HJT电池衬底通常为N型单晶硅，而N型单晶硅为磷掺杂，不存在P型晶硅中的硼氧复合、硼铁复合等，所以HJT电池对于LID效应是免疫的。HJT电池的表面沉积有TCO薄膜，无绝缘层，因此无表面层带电的机会，从结构上避免PID发生。
7、高双面率
HJT正反面结构对称,而且TCO薄膜是透光的,天然就是双面电池,HJT的双面率能达到90%以上(最高能达到98%)；双面PERC的双面率仅为75%+。
8、低碳足迹
据华晟新能源的数据，异质结电池可降低原材料硅的使用，减少能源消耗，有效降低碳排放。华晟新能源在2024年4月的碳足迹已降低至397eq/W，较PERC组件减少200eq/W，未来将通过一系列降本提效措施，将碳足迹降低至300eq/W以下。
来源：华晟新能源
HJT电池工艺
相比于单晶PERC与TOPCon电池生产工序，HJT电池技术在工艺流程方面，大为缩短，主要工序只有四步：清洗制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝网印刷。
HJT工艺流程
TOPCon主要工序及作用
1. 清洗制绒
制绒清洗工序，需要优化电池的陷光性能，有效绒面结构可使入射光在表面进行多次反射和折射，延长光程，增加光生载流子；需要形成洁净表面，减少硅片表面不洁净而引入的缺陷和杂质，从而降低结界面处载流子的复合损失。
2. 非晶硅沉积
①目的：通过在硅片正背面沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜可以使硅片获得优越的表面钝化能力，也是获得较高电池效率的重要条件，利用非晶硅优异的钝化效果，可将硅片的少子寿命大幅度提升。
②方法：目前量产使用的为团簇式RF射频 PECVD 设备，超高的工艺控制精度，辉光起辉0.5s内达到稳定。为避免掺杂气体沉积过程中导致的交叉污染，由4个主工艺反应腔分别来沉积 p-a-Si:H、i-a-Si:H ( p 面)、n-a-Si : H、i-a-Si:H ( n 面)，使用 SiH 作为前驱物(并通过H2来调节 SiH4比例)来沉积 i-a-Si:H，加入掺杂气体PH3、B2H，进行相对应 n-a-Si:H、p-a-Si:H膜层的沉积，每层膜沉积厚度均控制在5—8nm之间。
3. TCO沉积
①目的：TCO膜层在HJT电池中起着透光和导电作用，必须具有光学和电学性能，即同时满足高透过率、高迁移率及低方阻的要求，并尽可能在镀膜过程中减少对非晶硅膜层的损伤。要获得低电阻率，可以通过增加载流子浓度和提高载流子迁移率实现。
由于非晶硅的导电性较差，所以在HJT电池的制作过程中，在电极和非晶硅层之间加一层TCO膜可以有效地增加载流子的收集。透明导电氧化膜具有光学透明和导电双重功能，对有效载流子的收集起着关键作用，可以减少光的反射，起到很好的陷光作用，是很好的窗口层材料。
②方法：
4. 丝网印刷
①目的：为了将产生的电流导出，需要在电池片表面制作正、负两个电极。制备电极的基本要求是：能与ITO薄膜形成良好的接触，具有良好的导电性能，高电流收集效率等。目前行业内最常用的制备电极的方法为丝网印刷，使用丝网印刷的方式在电池正背面印刷银浆。
②方法：由于HJT电池不耐高温，所以本项目采用银浆不同于常规产品，工艺中使用低温银浆印刷及低温固化，具体工艺流程包括背电极印刷、烘干、正电极印刷、烘干和低温固化，固化温度一般控制在200℃左右。
HJT电池的企业布局
2023年，随着光伏电池技术迭代的进行，HJT电池技术也因此得以爆发。据光伏头条（微信号：PV-2005）梳理发现，这一年有39家企业投建HJT项目，合计产能265GW，投资金额近2000亿元。
进入2024年之后，随着各家异质结企业产品量产下线，异质结产业进入了新阶段。2024年3月，华晟新能源、东方日升、泉为科技、国晟科技、明阳光伏、琏升光伏等企业异质结企业成立了740W+俱乐部，这些企业是当前异质结电池技术的主要布局企业。
1、华晟新能源
作为异质结领域的领军企业，华晟新能源局了单面微晶、双面微晶，HBC、铜电镀与异质结-钙钛矿叠层电池等技术的研发，目前已投产异质结电池和组件产能20GW。
华晟喜马拉雅G10-18BB异质结电池
图片来源：华晟新能源
2、东方日升
东方日升早2019年就开始进行异质结产品的研发和生产。2023年4月，东方日升常州金坛4吉瓦异质结电池产线实现了首片下线，截止目前，已有超过年化6GW的异质结电池产能。按照规划，东方日升将布局30吉瓦异质结电池产能。
图片来源：东方日升
3、泉为科技
作为一家致力于新型能源发展和先进光伏技术研发、生产、销售于一体的高科技企业，泉为科技励志于成为全球领先的HJT高效绿能产品制造商及清洁能源运营综合服务商。据泉为科技数据，其规划有10GW+HJT电池片产能。
泉为科技泉耀高效电池片(HJT)
图片来源：泉为科技
4、国晟科技
国晟科技 2022 年进入新能源领域，规划建设从硅材料、拉晶、超薄N型硅片、高效异质结电池到大尺寸组件的全产业链。凭借业内经验丰富的专业研发团队和先进的技术路线，已推出了两个 HJT 组件系列： 向阳系列（G12）和逐路系列（G10）。
图片来源：国晟能源
5、明阳光伏
明阳光伏 成立于2022年7月，是明阳智慧能源集团股份公司全资子公司，公司致力于N型高效电池和高效组件的研发和制造，通过持续创新，打造国内一流的高效光伏电池和组件制造中心。
6、琏升光伏
琏升光伏科技有限公司由琏升科技控股，是一家专注于高效异质结（HJT） 太阳能电池技术开发应用，以及规模量产的科创企业。目前，琏升光伏在四川眉山的8.8GW 高效异质结太阳能电池片项目已建成投产，江苏南通12GW异质结电池项目处于开工阶段。
琏升科技G12-0BB系列高效异质结电池
图片来源：琏升科技
HJT电池的未来发展趋势
据中国光伏行业协会的数据，2023年HJT市场占比为3%，2024年将增长至11.7%，到2030年市场占比有望超三成。
2023-2030 年不同电池技术路线市场占比变化趋势
来源：中国光伏行业协会
据光伏头条（微信号：PV-2005）统计，2024年距今，中国绿发、大唐、国投、中国电建、华能、华电、能建、国家电投、中国中铁等发布了20.789GW的异质结组件招标项目。可见异质结技术已经普遍被央国企认可。
对于HJT技术而言，其另一大优势在于与钙钛矿电池组成叠层电池。目前，异质结/钙钛矿叠层电池当前最高效率达30.09%，理论极限效率可突破40%。因此异质结电池技术拥有广阔的发展前景。
内容资料参考来源： 美能光伏、华晟新能源、东方日升、智研咨询等