理論效率達(dá)28.9%，Poly Finger助力TOPCon電池前側(cè)局部鈍化接觸優(yōu)化

TOPCon電池因其高效率和穩(wěn)定性在全球光伏市場中表現(xiàn)突出。但由于硼擴(kuò)散、激光損傷和金屬-半導(dǎo)體接觸，前側(cè)存在顯著的復(fù)合損失。研究設(shè)計(jì)了前側(cè)局部多晶硅指狀結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)TOPCon和全面積多晶硅鈍化電池進(jìn)行比較。通過模擬，發(fā)現(xiàn)抑制前表面場（FSF）和接觸區(qū)域的復(fù)合是提高電池性能的關(guān)鍵策略。美能TLM接觸電阻率測試儀，以其快速、靈活、精準(zhǔn)的檢測能力，為雙面TOPCon太陽能電池的接觸電阻和鈍化性能提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

模擬細(xì)節(jié)與方法材料

模擬策略：對新型多電子選擇性接觸電池建模，考慮多種復(fù)合和遷移率模型，用 FELA 分析功率損失。實(shí)驗(yàn)材料與制備：使用隆基公司生產(chǎn)的 n 型直拉單晶硅電池，經(jīng)過多步處理，包括清洗、制絨、沉積多晶硅層、摻雜、退火、接觸電阻測試等。選擇性接觸與結(jié)構(gòu)分析

選擇性接觸的不同配置的示意圖及傳統(tǒng)和雙面TOPCon電池的結(jié)構(gòu)

選擇性接觸的優(yōu)化：

通過調(diào)整接觸電阻率（ρc）和表面復(fù)合電流密度（J0），可以優(yōu)化太陽能電池的選擇性。選擇性系數(shù)（S10）依賴于J0和ρc的對數(shù)關(guān)系，這影響了太陽能電池的理論最大效率（ηmax）。太陽能電池結(jié)構(gòu)的比較：

傳統(tǒng)TOPCon電池與雙面TOPCon電池相比，后者在減少前側(cè)復(fù)合損失方面具有優(yōu)勢。雙面TOPCon結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化前側(cè)的多晶硅鈍化區(qū)域，可以減少光學(xué)損失，從而提高電池性能。

自由能損失分析：

全面積多晶硅鈍化會導(dǎo)致顯著的前側(cè)吸收損失，限制了電池的潛在效率。局部多晶硅鈍化結(jié)構(gòu)可以顯著減少前側(cè)吸收損失，從而提高電池的潛在效率至26.42%。局部多晶硅指狀結(jié)構(gòu)影響

電氣特性和前側(cè)多晶硅指狀結(jié)構(gòu)（poly finger width）的變化關(guān)系

電池效率的峰值集中在多晶硅指狀結(jié)構(gòu)寬度為20-45μm的范圍內(nèi)，當(dāng)表面復(fù)合電流密度（J0）低于8 fA/cm2時，效率超過26.5%。

當(dāng)多晶硅指狀結(jié)構(gòu)寬度小于40μm時，F(xiàn)F幾乎不受多晶硅鈍化的影響。當(dāng)寬度超過40μm時，F(xiàn)F對鈍化值J0和多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的寬度變得敏感。

多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的寬度對太陽能電池的效率、填充因子和短路電流密度有顯著影響。

電氣特性與前側(cè)多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的接觸電阻（ρc）變化的關(guān)系

電池的效率強(qiáng)烈依賴于多晶硅/硅氧化物界面的隧穿電阻，高效率出現(xiàn)在接觸電阻低于2 mΩ cm2的區(qū)域。FF的區(qū)域幾乎不受多晶硅鈍化的影響，但當(dāng)多晶硅指狀結(jié)構(gòu)寬度超過一定值時，F(xiàn)F對接觸電阻和多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的寬度變得敏感。Jsc和Voc幾乎完全依賴于多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的面積比。因此在設(shè)計(jì)雙面TOPCon太陽能電池時，需要仔細(xì)考慮多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的寬度和接觸電阻，以及如何通過優(yōu)化這些結(jié)構(gòu)來提高電池的整體性能。背面多晶硅參數(shù)影響

TOPCon電池的前側(cè)多晶硅（poly-Si）與晶硅界面特性分析

通過TLM測量發(fā)現(xiàn)，接觸電阻受到多晶硅層的摻雜濃度和高溫?cái)U(kuò)散過程的影響。高溫?cái)U(kuò)散可能導(dǎo)致更多的針孔形成，這有利于載流子的傳輸，但同時也可能增加接觸電阻。

低摻雜濃度的接觸電阻范圍為1.0 mΩ cm2到1.4 mΩ cm2，而高摻雜濃度的接觸電阻范圍為0.8 mΩ cm2到1.2 mΩ cm2。

通過優(yōu)化擴(kuò)散過程和摻雜濃度，可以有效降低接觸電阻，從而提高太陽能電池的整體性能。

TOPCon電池背面多晶硅（poly-Si）的優(yōu)化模擬

隨著多晶硅方塊電阻和厚度的變化，電池的高效率出現(xiàn)在方塊電阻低于100 Ω/sq且多晶硅厚度小于30nm的區(qū)間。

FF隨著方塊電阻的減小和多晶硅厚度的增加而增加。

較薄的多晶硅厚度有助于減少寄生吸收，從而提高Jsc。每增加20nm的多晶硅厚度，太陽能電池的Jsc會減少0.1 mA/cm2。

Voc相對穩(wěn)定，不受方塊電阻的影響，這表明通過優(yōu)化其他參數(shù)可以進(jìn)一步提高Voc。優(yōu)化策略的結(jié)果與展望

雙面TOPCon電池的電性能和光譜響應(yīng)

通過去除 FSF（前表面場）以及引入多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的策略，開路電壓 Voc 和填充因子 FF 得到了改善，效率提升到了 26.62%，Voc 達(dá)到738.7 mV，FF 超過85.16%。

考慮到金屬遮光、反射率和多晶硅薄膜的寄生吸收，短路電流密度Jsc 被優(yōu)化到了 42.31 mA/cm2。

雙面TOPCon電池的制備和優(yōu)化策略的展望

雙面TOPCon太陽能電池的優(yōu)化方案包括：多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、雙面原子層沉積（ALD）以及 LECO 工藝等。這些方法有助于進(jìn)一步提高電池的鈍化和接觸性能，有可能在大尺寸電池上實(shí)現(xiàn)接近27%的高效率。

通過綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，可以顯著提高TOPCon太陽能電池的性能，并為未來的工業(yè)化生產(chǎn)提供了清晰的路線圖。

局部多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的鈍化和電流優(yōu)勢彌補(bǔ)了FF不足，優(yōu)化接觸性能可使效率超26.5%。多晶硅寄生吸收受限下，局部選擇性接觸對電池性能影響大。優(yōu)化前后多晶硅參數(shù)后，模擬效率達(dá)26.62%，雙面TOPCon理論效率達(dá) 28.9%。美能TLM接觸電阻測試儀

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

定制多種探測頭進(jìn)行測量和分析

美能TLM接觸電阻率測試儀，以其快速、靈活、精準(zhǔn)的檢測能力，為雙面TOPCon太陽能電池的接觸電阻和鈍化性能提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和測試設(shè)備的不斷升級，雙面TOPCon電池將在未來光伏市場中扮演更加重要的角色，為全球清潔能源的發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

原文出處：Optimizing strategy of bifacial TOPCon solar cells with front-side local passivation contact realized by numerical simulation