HBC電池新突破！中山大學(xué)&隆基最新NC：27.09%的高效異質(zhì)結(jié)背接觸太陽能電池

BC太陽能電池的發(fā)展降低了光伏發(fā)電的成本，但應(yīng)用場景的多樣化對電池技術(shù)提出了更高要求。研究發(fā)現(xiàn)HBC 太陽能電池中接觸電阻率對電池性能影響較大，如高接觸電阻率會導(dǎo)致較高的串聯(lián)電阻，進(jìn)而降低電池的填充因子和功率轉(zhuǎn)換效率。美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能，可實(shí)現(xiàn)快速、靈活、精準(zhǔn)檢測。

高效HBC 太陽能電池

HBC電池的結(jié)構(gòu)圖、J-V曲線、電損失分析、JSC損失分析

通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和制造工藝，可以顯著提高HBC太陽能電池的性能。特別是，通過減少重組損失和電阻損失，可以實(shí)現(xiàn)更高的電壓（VOC）和填充因子（FF），從而提高電池的整體效率。此外，通過優(yōu)化前表面的抗反射涂層和后表面的反射器，可以進(jìn)一步提高電池的短路電流密度（JSC），進(jìn)一步提升電池效率。

通過對比不同類型的太陽能電池（HBC和 SHJ）在不同面積下的各項(xiàng)參數(shù)，可以看出不同結(jié)構(gòu)和工藝對電池性能的影響。例如，在開路電壓方面，不同電池由于材料和結(jié)構(gòu)的差異有所不同；短路電流密度受到硅片厚度和測量面積等因素的影響；填充因子和功率轉(zhuǎn)換效率則綜合反映了電池的整體性能。

HBC太陽能電池的復(fù)合特性

晶硅被激光圖案化為四個區(qū)域，分別為HSC（空穴選擇性接觸）、ESC（電子選擇性接觸）、gap（間隙）以及HSC+gap，通過對不同區(qū)域壽命曲線的對比，可以清晰地看出各區(qū)域復(fù)合特性的差異。這種差異為進(jìn)一步分析復(fù)合電流密度在不同區(qū)域的貢獻(xiàn)提供了依據(jù)，有助于確定哪些區(qū)域是復(fù)合的主要來源，從而為優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和工藝提供方向。

通過對不同區(qū)域能量帶圖、復(fù)合率及理想因子的分析，可以深入理解電池中不同區(qū)域的復(fù)合機(jī)制。這有助于針對性地采取措施來抑制復(fù)合，例如在 HSC 區(qū)域通過增強(qiáng)內(nèi)置電場抑制復(fù)合，在極性邊界區(qū)域通過管理邊界形態(tài)減少復(fù)合。

HBC 太陽能電池的接觸評估與設(shè)計(jì)

串聯(lián)電阻（RS）的組成：

展示了HBC太陽能電池中串聯(lián)電阻的組成，包括來自HSC（空穴選擇性接觸）堆疊、ESC（電子選擇性接觸）堆疊、金屬電阻損失（從手指到匯流條）以及其他損失源（例如體電阻）。這些電阻損失的總和在電池的最大功率點(diǎn)（MPP）處對電池性能有顯著影響。

HSC 和 ESC 區(qū)域接觸電阻率優(yōu)化分析：

接觸電阻率測量：采用TLM測量法分別提取基于p-a-Si:H的 HSC 和基于n-a-Si:H的 ESC 的接觸電阻率。結(jié)果顯示 HSC 的接觸電阻率為51.3mΩ·cm2，ESC 的接觸電阻率為46.1mΩ·cm2。通過優(yōu)化非晶硅（a-Si:H）層和摻雜納米晶硅（nc-Si(Ox):H）層，可以降低接觸電阻率，從而減少電阻損失。

在HBC太陽能電池設(shè)計(jì)中，接觸電阻率和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對電池性能的重要性。通過優(yōu)化接觸區(qū)域和調(diào)整HSC與ESC的覆蓋面積比，可以顯著降低串聯(lián)電阻，從而提高電池的效率和填充因子。

HBC 太陽能電池電流損失的檢測與分析

外部量子效率（EQE）：da的EQE曲線在所有波長上都比ta高，表明JSC損失不是來自光學(xué)通道，而是來自重組。

電遮蔽現(xiàn)象的模擬：在不同表面復(fù)合率（SESC, gap）下，HSC區(qū)域的IQE接近100%，而ESC和gap區(qū)域的IQE較低，這是因?yàn)樯贁?shù)載流子需要更長的傳輸距離才能到達(dá)收集區(qū)域。

LBIC測量：顯示了從HSC區(qū)域到電池邊緣的LBIC強(qiáng)度的均勻下降。

重組電流密度與與有效壽命和傳輸長度的關(guān)系：模型說明了從右到左的設(shè)備中光生載流子（Jgen）的傳輸，它們被有效收集（JSC）或在路徑上發(fā)生重組（Jrec）。

通過EQE譜、LBIC測量和模擬結(jié)果，詳細(xì)分析了HBC太陽能電池中JSC損失的來源，特別是由于少數(shù)載流子在ESC和gap區(qū)域的較長傳輸長度導(dǎo)致的電遮蔽效應(yīng)。分析結(jié)果對于優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減少重組損失和提高電池性能具有重要意義。

HBC太陽能電池光電性能改進(jìn)的策略

電氣性能優(yōu)化：通過對比不同電池的這些參數(shù)，可以識別出提高電池性能的潛在途徑，例如通過減少表面復(fù)合電流密度（J01和J02）和串聯(lián)電阻（RS）來提升電池的開路電壓（VOC）和填充因子（FF）。

光學(xué)性能優(yōu)化：這些參數(shù)分別代表前表面反射和寄生吸收損失、背面寄生吸收和逃逸反射損失以及電遮蔽損失。通過優(yōu)化這些參數(shù)，可以提高電池的短路電流密度（JSC），從而提升整體的光電轉(zhuǎn)換效率。

研究人員通過研究和分析，在制備HBC太陽能電池過程中取得的核心優(yōu)化方向，并實(shí)現(xiàn)了27.09%的高光電轉(zhuǎn)換效率。在高效HBC太陽能電池中，接觸電阻率起著關(guān)鍵作用，主要是由于HSC或ESC區(qū)域的接觸面積顯著減少。通過優(yōu)化HSC區(qū)域，研究人員實(shí)現(xiàn)了低于55 mΩ·cm2的最低接觸電阻率。

美能TLM接觸電阻率測試儀

美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能，可實(shí)現(xiàn)快速、靈活、精準(zhǔn)檢測。

靜態(tài)測試重復(fù)性≤1%，動態(tài)測試重復(fù)性≤3%

線電阻測量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

可定制多種探測頭進(jìn)行測量和分析

通過綜合考慮電氣和光學(xué)設(shè)計(jì)，以及對電池結(jié)構(gòu)和制造工藝的精細(xì)優(yōu)化，HBC太陽能電池的效率有潛力達(dá)到27.7%以上，這為未來太陽能電池技術(shù)的發(fā)展提供了明確的方向。美能TLM接觸電阻測試儀具備高精度的接觸電阻率和線電阻測試功能，測試范圍廣，重復(fù)性高。采用先進(jìn)的（TLM）檢測技術(shù)，尤顯著提高測量精度和可靠性。

原文出處：Wang, G., Su, Q., Tang, H.et al. 27.09%-efficiency silicon heterojunction back contact solar cell and going beyond. Nat Commun 15, 8931 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53275-5