De HJT-celstructuur, wat staat voor Heterojunction with Intrinsic Thin Layer, ook wel bekend als HIT, is een symmetrische dubbelzijdige celstructuur. In de kern ligt N-type kristallijn silicium. Op de voorzijde worden achtereenvolgens een intrinsieke amorf silicium dunne film en een P-type amorf silicium dunne film afgezet, die samen een P-N-junctie vormen. Aan de achterzijde van de siliciumwafer is daarentegen een intrinsieke amorf silicium dunne film en een N-type amorf silicium dunne film aangebracht, die een achtervlakveld creëren. Vanwege de slechte geleidbaarheid van amorf silicium worden transparante geleidende oxiden (TCO's) op beide zijden van de cel afgezet voor geleiding. Tenslotte worden de dubbelzijdige elektroden gevormd met behulp van zeefdruktechnologie.

Drie belangrijke materialen die worden gebruikt in heterojunctiezonnecellen zijn kristallijn silicium (c-Si), amorf silicium (a-Si) en indiumtinoxide (ITO).

Kristallijn silicium (c-Si)

Kristallijn silicium (c-Si) vormt het fundament van de snel evoluerende fotovoltaïsche (PV) industrie, die veelal wordt gebruikt in de vorm van kristallijne wafels om standaard homojunctie zonnecellen te produceren. Er zijn twee typen c-Si: polykristallijn en monokristallijn, maar alleen monokristallijn silicium wordt beschouwd voor HJT-zonnecellen vanwege de hogere zuiverheid en daardoor hogere efficiëntie.

Amorf silicium (a-Si)

Indiumtinoxide (ITO) is het voorkeursmateriaal voor de transparante geleidende oxide (TCO) laag in heterojunctiezonnecellen. De depositiesnelheid van transparante geleidende oxide (TCO) films is cruciaal voor de hoge prestaties van opto-elektronische apparaten. De reflectiviteit en geleidbaarheidseigenschappen van ITO maken het een uitstekende contactlaag en buitenste laag voor HJT-zonnecellen.

Indiumtinoxide (ITO)

In de jaren 1970 werd ontdekt dat amorf silicium (a-Si) geschikt was voor dunne-film fotovoltaïsche technologie en kon dienen als halfgeleider in zonnecellen, waardoor het het op één na belangrijkste materiaal werd in de productie van heterojunctiezonnecellen. Hoewel a-Si zelf dichtheidsdefecten heeft, kunnen waterstofatieprocessen deze problemen aanpakken, resulterend in gehydrogeneerd amorf silicium (a-Si:H). Dit proces, dat zorgt voor gemakkelijker doping en een bredere bandafstand, maakt het meer geschikt voor de fabricage van HJT-cellen.

Het fabricageproces voor HJT-cellen is relatief kort. Het bestaat voornamelijk uit vier fasen: texturering, depositie van amorf silicium, depositie van TCO (transparant geleidend oxide) en zeefdrukken. Dit zijn aanzienlijk minder stappen vergeleken met PERC (10 stappen) en TOPCON (12-13 stappen). De depositie van amorf silicium maakt voornamelijk gebruik van de PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) methode. Momenteel zijn er twee methoden voor de depositie van TCO-film: reactieve plasmadepositie (RPD) en fysieke dampafzetting (PVD).

Het werkingsprincipe van heterojunctiezonnecellen is vergelijkbaar met andere fotovoltaïsche componenten. Het belangrijkste onderscheid van deze technologie ligt in het gebruik van een driedelige absorberend materiaal dat dunne-film en traditionele fotovoltaïsche technologieën combineert. Dit proces omvat het aansluiten van een belasting op de terminals van het module, waar fotonen worden omgezet in elektrische energie, wat resulteert in een stroom die door de belasting stroomt.

Om elektriciteit te genereren, slaan fotonen op de P-N-junctie-absorber en brengen elektronen in beweging, waardoor ze naar de geleidingsband gaan, waardoor er elektron-gatparen (e-h) ontstaan.

De geëxciteerde elektronen worden verzameld door de terminals die zijn verbonden met de P-gedoteerde laag, waardoor er een stroom ontstaat die door de belasting stroomt.

Nadat ze door de belasting zijn gestroomd, keren elektronen terug naar het achtercontactpunt van de cel en recombineren ze met gaten, waarmee dat specifieke e-h-paar wordt voltooid. Aangezien de module elektriciteit genereert, blijft deze cyclus zich herhalen.

Een fenomeen dat bekend staat als oppervlakterecombinatie treedt op bij standaard c-Si fotovoltaïsche componenten, waardoor hun efficiëntie wordt beperkt. In dit proces paren geëxciteerde elektronen met gaten op het oppervlak van het materiaal, waardoor ze recombineren, en de elektronen worden niet verzameld om als stroom te vloeien.

Om oppervlakterecombinatie te verminderen, gebruiken heterojunctiecellen een passiverende halfgeleider dunne film om de sterk recombinerende actieve (ohmse) contacten te scheiden van de op wafer gebaseerde lagen, met een bufferlaag gemaakt van een grotere bandafstand laag van a-Si:H. Deze bufferlaag maakt de laadstroom langzaam genoeg om hoge spanning te genereren, maar snel genoeg om recombinatie te vermijden voordat de elektronen worden verzameld, waardoor de efficiëntie van heterojunctiecellen wordt verbeterd.

Bij het absorberen van licht absorberen alle drie de halfgeleiderlagen fotonen en zetten ze om in elektrische energie.

De eerste fotonen die aankomen, worden geabsorbeerd door de buitenste a-Si:H-laag, waardoor ze worden omgezet in elektrische energie. De meeste fotonen worden echter omgezet door de c-Si-laag, die de hoogste zonne-energieomzettingsefficiëntie heeft van alle materialen in de cel. De overgebleven fotonen worden uiteindelijk omgezet door de a-Si:H-laag aan de achterkant van de module. Dit driestaps proces is waarom enkelzijdige heterojunctiezonnecellen efficiënties tot 26,7% behalen.

• Hoge Efficiëntie: Kenmerkt hoogefficiënte heterojunctie (HJT) zonnecellen en geavanceerde half-cel technologie, waardoor module-efficiënties boven de 22,87% worden behaald.
• Grote Cellen: Maakt gebruik van efficiënte HJT 210mm zonnecellen, die een groter oppervlak bieden voor een verhoogde absorptie van zonlicht en een hogere energie-output in een compacte vorm.
• Lage Degradatie: HJT-cellen vermijden LID, LeTID en PID-effecten door een niet-polariserende TCO-film, resulterend in minder dan 11,1% vermogensdegradatie gedurende 30 jaar, wat zorgt voor een stabiele langetermijnenergie-output.
• Minder Processen: Het productieproces is korter, met name vier stappen: texturering, depositie van amorf silicium, TCO-depositie en zeefdrukken; aanzienlijk minder dan PERC (10 stappen) en TOPCON (12-13 stappen).
• Dunne-film Technologie: Hoge-efficiëntie silicium heterojunctie (HJT) combineert kristallijn silicium en amorf silicium dunne-film technologieën, met uitzonderlijke lichtabsorptie en passiveringseigenschappen.
• Stabiele Prestaties bij Hoge Temperaturen: Toont de meest stabiele vermogenstemperatuurcoëfficiënt van -0,24%/°C, wat zorgt voor stabiele energieproductie in omgevingen met hoge temperaturen met minimale vermogensverlies en consistente opbrengstverbetering.

• Extra Vermogenswinst: HJT-cellen met symmetrische voor- en achterstructuren en rasterontwerp behalen een achterzijde-utilisatiepercentage van meer dan 95%, waardoor meer dan 30% extra vermogenswinst wordt behaald in vergelijking met PERC en TOPCON.
• Superieure Prestaties bij Weinig Licht: Door een intrinsieke dunne-film i-a-Si:H tussen kristallijn en gedoteerd dunne-film silicium te plaatsen, passiveren HJT-cellen effectief oppervlaktefouten van kristallijn silicium, resulterend in een hogere open-circuit spanning, een breder lichtabsorptiespectrum en snellere opstart in omstandigheden met weinig licht.
• Proces bij Lage Temperaturen: HJT-cellen gebruiken een op silicium gebaseerde dunne-film om de pn-junctie te vormen, met soldeerprocestemperaturen onder de 250°C, waardoor thermische stress en schade aan de cellen bij hoge temperaturen worden verminderd.
• Geen Cel Snijden: Het volledige half-cel productieproces zonder cel snijden minimaliseert de impact van microscheurtjes.
• Hoge Flexibiliteit: De unieke celstructuur van HJT-cellen verbetert aanzienlijk de cel flexibiliteit, waardoor het risico op microscheurtjes tijdens transport en installatie wordt verminderd, en de betrouwbaarheid van energiecentrales wordt verbeterd.

Heterojunctie (HJT) zonnepanelen hebben een hoog bifaciaal rendement en lage temperatuurcoëfficiënten, wat de efficiëntie en output van stroomopwekking verbetert en effectief de kosten van elektriciteit verlaagt. Ze zijn bijzonder geschikt voor gebieden in Europa met hogere zomertemperaturen en zijn ideaal voor agrarische fotovoltaïsche systemen, zonnedaken en fotovoltaïsche hekken.

Gezien de talrijke voordelen van de heterojunctie (HJT) oplossing, is het waarschijnlijk dat meer bedrijven deze technologie in de nabije toekomst zullen blijven adopteren. Aangezien het HJT-productieproces vier stappen minder omvat dan PERC-technologie, heeft het potentieel om aanzienlijk kosten te besparen. Hoewel PERC al vele jaren de populaire keuze in de industrie is geweest, kan zijn complexe productieproces niet concurreren met HJT. Bovendien heeft PERC niet het voordeel van hoge temperatuurprestaties zoals HJT.

Volgens het ITRPV 2019-rapport wordt verwacht dat heterojunctie (HJT) cellen tegen 2026 een marktaandeel van 12% zullen bereiken en tegen 2029 15%.

Referentie:

https://www.kanekaenergysolutions.com/what-is-heterojunction-technology-hjt-in-the-solar-industry

https://solarmagazine.com/solar-panels/heterojunction-solar-panels/#Looking_into_the_future_of_heterojunction_technology