中山大學最新發(fā)布：27.30%效率背接觸BC電池的創(chuàng)新表征技術(shù)

背接觸（BC）太陽能電池因其在短路電流密度（JSC）和功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）方面的高上限而受到關(guān)注。結(jié)合硅異質(zhì)結(jié)（SHJ）、隧道氧化層鈍化接觸（TOPCon）和鈣鈦礦技術(shù)可以進一步擴展其效率優(yōu)勢。LONGi公司使用異質(zhì)結(jié)背接觸（HBC）技術(shù)實現(xiàn)了27.30%的世界紀錄效率。本研究運用簡化復合模型展開模擬分析，對異質(zhì)結(jié)背接觸（HBC）太陽能電池的周長復合予以重新界定。最先進的HBC太陽能電池

HBC太陽能電池的結(jié)構(gòu)和電氣性能與復合參數(shù)的關(guān)系

HBC 太陽能電池的結(jié)構(gòu)：包括前窗口、HSC、ESC、Gap 等區(qū)域。

HSC/Gap邊界的橫截面SEM圖像，呈現(xiàn)出該邊界處的結(jié)構(gòu)特征，直觀展示了由于制備工藝導致的結(jié)構(gòu)變化。通過模擬得到的PCE（功率轉(zhuǎn)換效率）、pFF（偽填充因子）和VOC（開路電壓）作為兩個復合參數(shù)（J01和J02）的函數(shù)。白色虛線表示在固定J01 = 1 fA?cm?2時，每個參數(shù)對J02的依賴性。J02在優(yōu)異表面鈍化狀態(tài)下對電氣性能的顯著影響，并且隨著J02的降低，PCE、pFF和VOC逐漸飽和。創(chuàng)新表征方法的開發(fā)

一種測量HBC太陽能電池不同區(qū)域重組值的新方法

邊界模式中各種子樣本的面積和周長值的匯總

單元結(jié)構(gòu)示意圖：n型c-Si作為基底，HSC（空穴選擇性接觸）和Gap區(qū)域交替排列在前側(cè)，分別具有面積SHSC和SGap，以及兩個區(qū)域之間的邊界周長LBound。整個背面準備了歐姆接觸結(jié)構(gòu)以便于電流收集。

區(qū)域劃分：單元結(jié)構(gòu)被劃分為三個區(qū)域，即區(qū)域I（HSC/Gap邊界）、區(qū)域II（HSC區(qū)域）和區(qū)域III（Gap區(qū)域），分別對應不同的復合電流IBound.、IHSC和IGap。

創(chuàng)新測試結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)：由9個子樣本組成的創(chuàng)新測試結(jié)構(gòu)，這些子樣本排列成3列，標記為1至9。隨著子樣本編號的增加，總面積基本不變，但邊界周長逐漸減小。

光學圖像：展示了不同子樣本的HSC區(qū)域與Gap區(qū)域的排列和邊界周長的變化。

激光消融圖案化：通過激光消融在兩種模式下（單次模式和重疊模式）實現(xiàn)恒定面積和不同邊界周長的變化，使用脈沖綠皮秒激光進行消融圖案化，光斑大小約為110×110 μm2，可以手動控制重疊寬度，實驗中設(shè)置為5 μm。HBC太陽能電池和復合測試樣本的制造流程

所有 HBC 太陽能電池和復合測試樣品均在LONGi特定規(guī)格（電阻率、厚度、晶向）的n型 M6 直拉單晶硅片上制備。HBC太陽能電池的主要制造流程包括11個步驟，涉及化學氣相沉積（3步）、物理氣相沉積（1步）、濕化學清洗（3步）、激光圖案化（3步）和絲網(wǎng)印刷（1步）。

復合測試樣本與HBC太陽能電池的制造流程一致：

首先，在雙面拋光晶片的一側(cè)沉積ESC和掩膜層；

其次，使用綠皮秒激光形成Boundary pattern，從交替的HSC區(qū)域移除掩膜層，并通過濕化學清洗過程蝕刻其他層，最終在Gap區(qū)域留下i/n-a-Si:H/SiNx堆疊層，同時暴露HSC區(qū)域的硅表面；

第三，沉積HSC和圖案化的透明導電氧化物（TCO）層，接著進行絲網(wǎng)印刷、退火和光浸泡處理。HBC太陽能電池的周界復合

HBC太陽能電池周界復合的分析結(jié)果

不同區(qū)域?qū)嶒炁c模擬結(jié)果相結(jié)合的主要參數(shù)總結(jié)

暗I-V曲線特征：展示了樣本 1（基線工藝）和樣本 2（工藝調(diào)整后的 HSC/Gap 邊界）的半對數(shù)暗I-V曲線。在中電壓區(qū)域（0.4 - 0.6V），電流值隨邊界周長增加而不斷上升，這一趨勢表明邊界周長對電流傳輸有著顯著影響，暗示周長復合在該區(qū)域的重要性。

J02值作為周長/面積比關(guān)系：隨著周長 / 面積比的增加，J02值也相應增大。

樣本截距與斜率分析：樣本 1 和樣本 2 的截距基本接近 0，這意味著在這兩個樣本中，HSC 區(qū)域復合電流密度和 Gap 區(qū)域泄漏電流密度相對較小，對整體復合電流的貢獻有限。

電池制備與性能測量：按照樣本 1 和樣本 2 的工藝分別制備了兩批 HBC 太陽能電池（Batch A 和 Batch B），并對其光電性能進行了測量。

進一步證實了該創(chuàng)新方法能夠準確地反映周長復合對電池性能的影響。實驗數(shù)據(jù)與理論模型的一致性充分證明了該方法的準確性和可靠性，強調(diào)了控制周長復合以提升電池性能的重要性。HBC太陽能電池的結(jié)復合

HBC太陽能電池結(jié)復合的分析結(jié)果

暗I-V曲線特征與周長相關(guān)性：樣本3和樣本4的半對數(shù)暗I-V曲線,這些曲線顯示了在中等電壓區(qū)域（0.4-0.6 V）的電流值隨著邊界周長的增加而增加，與之前周界復合的觀察結(jié)果相似。

斜率相同的意義：樣本3和樣本4的J0m值與周長/面積比關(guān)系曲線中，兩者斜率基本相同（2.0-2.2nA?cm?1 ），這意味著在HSC/Gap邊界結(jié)構(gòu)方面，它們的周長復合性質(zhì)相似，表明在這一結(jié)構(gòu)特征上兩者具有一致性。

表面殘留物的直觀展示：光學圖像清晰地展示了樣本3和樣本4的HSC區(qū)域表面形態(tài)，樣本4中明顯存在更多的殘留物。

樣本4中HSC區(qū)域殘留物的高分辨率SEM圖像，這個圖像揭示了殘留物的微觀結(jié)構(gòu)，這些殘留物可能是ESC和掩膜層，由于激光功率和形狀控制的不均勻性導致。HBC太陽能電池的漏電流復合

HBC太陽能電池漏電流復合的分析結(jié)果

Gap pattern的結(jié)構(gòu)示意圖：由多個不同直徑的圓盤組成，圓盤正面為特定的層結(jié)構(gòu)，背面為歐姆接觸結(jié)構(gòu)，且圓盤周邊是完全絕緣的。這一結(jié)構(gòu)設(shè)計用于監(jiān)測 Gap 區(qū)域的泄漏電流。

暗I-V曲線：樣本 6 在正向和反向偏壓下均處于高電流狀態(tài)，與樣本 5 形成鮮明對比，表明樣本 6 存在較大的泄漏電流。這一差異可能源于Gap區(qū)域絕緣層失效或圓盤周邊導電層重疊等問題。

邊界圖案與 Gap 圖案對比：將采用與樣本 6 相同工藝制備的邊界圖案的半對數(shù)暗I-V曲線與 Gap 圖案的曲線進行對比，發(fā)現(xiàn)在中電壓區(qū)域，Gap 圖案的泄漏電流完全主導，與常規(guī) HBC 太陽能電池的預期行為有很大差異。

電池性能下降分析：基于樣本5和樣本6的工藝制備了兩批HBC太陽能電池（Batch C 和 Batch D），其光電性能測量結(jié)果顯示，PCE從 26.17% 平均下降到 25.51%（下降了 0.66% abs），主要是由于Rsh顯著降低導致pFF從 86.13%下降到 84.10%，而其他參數(shù)受影響較小。

本文的研究不僅揭示了HSC區(qū)域結(jié)復合的復雜性，而且還識別了Gap區(qū)域漏電流復合的風險，這對于太陽能電池的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。強調(diào)了在太陽能電池制造過程中對周界復合和漏電流復合進行優(yōu)化的必要性，這對于推動BC太陽能電池技術(shù)的發(fā)展和實現(xiàn)更高效率的太陽能轉(zhuǎn)換具有重要意義。美能3D共聚焦顯微鏡

美能3D共聚焦顯微鏡ME-PT3000，運用尖端的光學技術(shù)，可以非常精確地測量光伏電池片上的陡峭斜面和復雜的表面結(jié)構(gòu)，實時提供詳盡的高度和寬度分布數(shù)據(jù)。

• 精確可靠的3D測量，實現(xiàn)實時共聚焦顯微圖像

• 超高共聚焦鏡頭，Z軸顯示分辨率可達1nm

• 198-39966倍最大綜合倍率，精確測量亞微米級形貌

全自動光柵絨面測量，快速生成數(shù)據(jù)

美能3D共聚焦顯微鏡的集成為我們提供了深入洞察HBC太陽能電池微觀結(jié)構(gòu)和表面特性的能力。通過這種高精度的成像技術(shù)，我們能夠精確測量和分析電池的柵線輪廓、絨面結(jié)構(gòu)以及潛在的缺陷，這些都是影響電池性能的關(guān)鍵因素。

原文出處：Accurately quantifying the recombination pathways unique in back contact solar cells；https://doi. org/10.1016/j.solmat.2024.113277

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