邁向27.51%效率，非晶/微晶材料在HBC太陽能電池中的應(yīng)用

太陽能光伏行業(yè)正尋求通過創(chuàng)新制造工藝、新型材料、太陽能電池設(shè)計(jì)和模塊配置來提高模塊性能。SHJ 太陽能電池具高 PCE、簡化制造工藝和低制造成溫等優(yōu)點(diǎn)，但存在Jsc較低和原材料成本較高等局限，IBC技術(shù)有望提升硅太陽能電池PCE。SHJ太陽能電池利用非晶硅層進(jìn)行有效鈍化，并通過摻雜的非晶硅層形成鈍化接觸。

SHJ太陽能電池和SHJ-IBC太陽能電池

兩種太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖

SHJ太陽能電池結(jié)構(gòu)：從上到下的結(jié)構(gòu)依次為：銀/ITO/(n+i)層/(n) c-Si/(i+p)層/ITO/銀。其中，銀（Ag）作為電極材料，ITO（氧化銦錫）作為透明導(dǎo)電氧化物層。(n+i)層表示n型摻雜的非晶硅層與本征非晶硅層的組合，(n) c-Si表示n型摻雜的晶體硅層，(i+p)層表示本征非晶硅層與p型摻雜的非晶硅層的組合。這種結(jié)構(gòu)利用非晶硅層進(jìn)行有效鈍化，并通過摻雜的非晶硅層形成鈍化接觸，以提高電池的效率。SHJ-IBC太陽能電池結(jié)構(gòu)：電池背面分為三個(gè)區(qū)域：ESC、HSC和一個(gè)分隔它們的間隙。在SHJ-IBC太陽能電池中，電子選擇性接觸（ESC）和空穴選擇性接觸（HSC）都位于電池的背面，這有助于減少前表面的遮擋，提高光的利用率。

數(shù)字孿生中使用的參數(shù)

這些參數(shù)對于準(zhǔn)確模擬SHJ太陽能電池的性能至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冇绊?strong>載流子的傳輸、復(fù)合和電池的整體效率。通過精確設(shè)置這些參數(shù)，研究人員可以創(chuàng)建出能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際電池性能的數(shù)字孿生體，進(jìn)而評估和優(yōu)化電池設(shè)計(jì)。

接觸電阻模擬

評估具有非晶硅（p-a-Si:H）和納米晶硅（p-nc-Si:H）空穴選擇性接觸（HSC）層的SHJ太陽能電池在最大功率點(diǎn)（MPP）的功率損失。

SHJ太陽能電池在最大功率點(diǎn)（MPP）的功率損失和系列電阻的分析

功率損耗分析：對比了具有 p - a - Si:H 空穴選擇接觸（HSC）層和 p - nc - Si:H HSC 層的 SHJ 太陽能電池在最大功率點(diǎn)處的功率損耗情況，表明電池性能增強(qiáng)主要源于背面 HSC 層。串聯(lián)電阻構(gòu)成：將 Rs 分解為多個(gè)組成部分，包括體相內(nèi)部的本征成分、前后表面透明導(dǎo)電氧化物（TCO）和電極指區(qū)域的載流子傳輸電阻以及電子選擇接觸（ESC）和 HSC 的接觸電阻率（ρESC 和 ρHSC）。

圖中可看出 ρESC 雖略有降低但變化不大，而 ρHSC從 102 降至 4mΩ cm2，顯著減小，這表明在提升電池性能方面，降低 HSC 層接觸電阻率具有重要意義。

SHJ太陽能電池接觸電阻率（ρC）模擬

TLM模擬結(jié)構(gòu)示意圖：這個(gè)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)相同的接觸堆疊，每個(gè)寬度為1000微米，位于c-Si基底上，并通過可變間隙隔開。

J-V特性曲線：在暗條件下（電壓范圍為-0.2至0.2伏特）對不同接觸墊間距的電子選擇性接觸（ESC）進(jìn)行評估的J-V（電流-電壓）特性曲線。這些曲線用于計(jì)算接觸電阻率ρC。

不同接觸墊間距的總電阻RT：不同接觸墊間距下ESC的總電阻RT，這些數(shù)據(jù)用于通過TLM方法計(jì)算接觸電阻率ρC。

接觸電阻率ρC的計(jì)算：圖中可以計(jì)算接觸電阻率ρC，使用公式ρC = RC - LT / W，其中RC是接觸電阻的一半，LT是有效轉(zhuǎn)移長度的一半，W是TLM模擬中默認(rèn)的接觸長度（1微米）。

摻雜濃度對接觸電阻率的影響：通過TLM模擬確定的p層的摻雜濃度，圖中突出顯示了p-a-Si:H HSC和p-nc-Si:H HSC的點(diǎn)。通過增加摻雜濃度，可以顯著降低ρHSC。

SHJ太陽能電池?cái)?shù)字孿生體的電氣性能比較

短路電流：使用p-nc-Si:H HSC的太陽能電池的Jsc略高于使用p-a-Si:H HSC的電池，這表明納米晶硅層可以提高電池的短路電流。

開路電壓：p-nc-Si:H HSC的太陽能電池的Voc也略高于p-a-Si:H HSC的電池，這可能是由于納米晶硅層更好的載流子選擇性，減少了載流子的復(fù)合損失。

填充因子：p-nc-Si:H HSC的太陽能電池的FF同樣略高于p-a-Si:H HSC的電池，這表明納米晶硅層可以提高電池的整體性能。

功率轉(zhuǎn)換效率：p-nc-Si:H HSC的太陽能電池的PCE高于p-a-Si:H HSC的電池，這與Jsc、Voc和FF的提高相一致。

與LONGi太陽能電池的比較：數(shù)字孿生體的模擬結(jié)果與LONGi公司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常接近，這驗(yàn)證了數(shù)字孿生體模型的準(zhǔn)確性和可靠性。

使用納米晶硅（p-nc-Si:H）作為HSC層的SHJ太陽能電池在電氣性能上優(yōu)于使用非晶硅（p-a-Si:H）的電池。

SHJ和SHJ-IBC太陽能電池的數(shù)字孿生體創(chuàng)建

SHJ-IBC太陽能電池的電氣性能

HSC寬度與VOC的關(guān)系：隨著HSC寬度的增加，開路電壓（VOC）提高。使用p-nc-Si:H HSC的電池相比使用p-a-Si:H HSC的電池展現(xiàn)出更高的VOC，這歸因于p-nc-Si:H更高的摻雜濃度，導(dǎo)致在c-Si中的能帶彎曲更強(qiáng)，復(fù)合損失減少。HSC寬度與FF的關(guān)系：填充因子（FF）隨著HSC寬度的增加而提高。p-nc-Si:H HSC的電池由于其更高的載流子收集能力，相比p-a-Si:H HSC的電池展現(xiàn)出更高的FF。HSC寬度與JSC的關(guān)系：短路電流（JSC）隨著HSC寬度的增加而提高。減少的復(fù)合損失和增強(qiáng)的載流子收集能力有助于提升JSC。HSC寬度與PCE的關(guān)系：功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）隨著HSC寬度的增加而提高，但存在一個(gè)最佳點(diǎn)，超過這個(gè)寬度后效率會(huì)開始下降。

短路電流：三種情況下的JSC都接近42.5 mA cm-2，表明光生電流密度在不同設(shè)計(jì)間保持一致。

開路電壓：使用納米晶硅（nc-Si:H）HSC的電池展現(xiàn)出比非晶硅（a-Si:H）HSC的電池更高的VOC。將間隙寬度從80微米減少到20微米，進(jìn)一步略微提高了使用nc-Si:H HSC的電池的VOC。

填充因子：使用nc-Si:H HSC的電池展現(xiàn)出比使用a-Si:H HSC的電池更高的FF。減少間隙寬度進(jìn)一步提高了使用nc-Si:H HSC的電池的FF。功率轉(zhuǎn)換效率：使用a-Si:H HSC的電池的PCE為27.01%。使用nc-Si:H HSC的電池的PCE為27.38%。將間隙寬度從80微米減少到20微米，將使用nc-Si:H HSC的電池的PCE提高到27.51%。通過創(chuàng)建高效硅異質(zhì)結(jié)（SHJ）太陽能電池的數(shù)字孿生模型，評估了 SHJ - IBC太陽能電池的實(shí)際效率極限，SHJ - IBC 電池采用非晶 HSC 效率可達(dá) 27.01%，納米晶 HSC 時(shí)可達(dá) 27.38%，將間隙寬度從80μm減至20μm可使效率提升至27.51%。

美能晶化率測試儀

美能晶化率測試儀擁有極佳的紫外靈敏度和優(yōu)異的光譜重復(fù)性。采用325激光器，同時(shí)優(yōu)化紫外光路設(shè)計(jì)，提高光譜穩(wěn)定性，高效率利用325激光與樣品拉曼信號，實(shí)現(xiàn)了5nm以上非晶/微晶材料的原位測試，是表征"微晶一異質(zhì)結(jié)"電池的最優(yōu)選擇。

• 行業(yè)最佳，紫外靈敏度硅一階峰的信號計(jì)數(shù)優(yōu)于1000(1秒積分時(shí)間)
• 光譜重復(fù)性：單晶硅校準(zhǔn)后，≤520±0.02cm-1
• 光柵刻線數(shù)：≤2400 gr/mm；≤1800 gr/mm

隨著非晶/微晶材料在HBC太陽能電池中的關(guān)鍵作用日益凸顯，美能晶化率測試儀以其卓越的紫外靈敏度和光譜重復(fù)性，成為了這一領(lǐng)域不可或缺的工具。該測試儀采用的325納米激光器和優(yōu)化的紫外光路設(shè)計(jì)，不僅提高了光譜穩(wěn)定性，還實(shí)現(xiàn)了對5nm以上非晶/微晶材料的原位測試，為“微晶-異質(zhì)結(jié)”電池的表征提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

原文出處：Evaluating the Practical Efficiency Limit of Silicon Heterojunction–Interdigitated Back Contact Solar Cells by Creating Digital Twins of Silicon Heterojunction Solar Cells with Amorphous Silicon and Nanocrystalline Silicon HoleContact Layers

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