IBC硅太陽能電池，如異質結IBC（HJ-IBC）和多晶硅氧化物太陽能電池，已經實現了高效的光電轉換效率。這些高效太陽能電池的制造過程復雜且成本高，限制了它們在市場上的應用，結合了混合擴散和TOPCon技術，以降低制造復雜性。TCAD模擬是預測和優化IBC太陽能電池性能的有力工具，而EQE測試則提供了實驗驗證的手段。通過結合這兩種方法，研究人員可以更準確地預測和改進電池性能。

IBC太陽能電池的模型和參數

模擬的IBC太陽能電池的結構

展示了IBC太陽能電池的橫截面視圖，包括電池的各個層和結構細節。該結構可能包括基底、發射極、隧道氧化物層、多晶硅層、以及前后表面的接觸區域。

用于光學生成的隨機金字塔(顏色條表示摻雜水平)

這種紋理用于模擬太陽能電池表面的光散射特性，以提高光的捕獲率和電池的光電轉換效率，這種設計對于提高電池的光吸收和光電轉換效率至關重要。通過模擬這些紋理對光吸收的影響，研究人員可以優化電池設計，以實現更高的性能。

模擬的驗證方法

光學生成剖面：利用轉移矩陣法(TMM)來構建紋理硅中不同深度的光學產生數據。這種方法可以通過計算波長和折射率的關系來確定透射率和反射率。然后，可以通過吸收劑的吸收系數來計算光學產生率。遷移率模型：摻雜依賴性，遷移率值依賴于摻雜濃度。在半導體中，載流子（電子和空穴）的遷移率會隨著摻雜水平的變化而變化，影響電池的電導。

復合模型：采用了經典的SRH復合理論，俄歇復合是我們在基于硅的模型中必須引入的另一種理論，因為它在高濃度區域或高注入條件下會占主導地位。

隧穿模型：該模型側重于處理隧道氧化層。在這一層中，我們需要引入薛定諤方程來解決隧道問題。

陷阱模型：表面陷阱態，在太陽能電池的前表面添加接受型表面陷阱態。陷阱態可以捕獲和釋放載流子，影響電池的復合和效率。在模擬中，陷阱密度的選擇對電池性能有顯著影響。

模擬J-V驗證

實際與模擬的IV曲線

模擬的J-V曲線與實際J-V曲線完美對應，參數偏差低于1%。這種高度的一致性表明模擬模型能夠準確地預測設備的行為，為進一步的優化和設計提供了可靠的基礎。

模擬EQE驗證

實際與模擬的EQE曲線

EQE曲線在某些區域，尤其是在紅外區域，存在一些偏差。這種偏差可能是由于模擬方法中對AM1.5G光譜的處理方式導致的，模擬中使用了單一波長的光譜來獲得光學生成剖面，而實際的AM1.5G光譜是連續的。

EQE曲線通常在400nm到1100nm的波長范圍內進行測量，這個范圍覆蓋了太陽光的主要光譜。在這個范圍內，曲線的形狀可以揭示電池對不同顏色光的響應能力。

多晶硅優化模擬

通過模擬確定最佳的多晶硅層厚度和摻雜濃度，以最大化太陽能電池的效率。多晶硅層在IBC太陽能電池中通常作為選擇性接觸，其性能直接影響電池的開路電壓（Voc）、短路電流（Jsc）、填充因子（FF）和整體效率。

不同摻雜濃度和厚度的多晶硅層的模擬結果

模擬中考慮了從50nm到300nm的不同多晶硅層厚度；探索了從1e18 cm-3到5e19 cm-3的不同摻雜濃度。

Jsc：Jsc值因多晶硅層的干涉效應而呈現周期性變化。

Voc：高摻雜濃度有利于提高Voc，因為更大的能帶彎曲和電導性。

FF：高摻雜濃度也有助于提高FF，因為它們可以減少接觸電阻和提高電池的電導性。

效率：效率隨著多晶硅層厚度的不同而有小幅度的周期性變化。

背接觸比優化模擬

通過模擬確定最佳的陽極和陰極寬度比，以最大化太陽能電池的效率。背接觸比率直接影響電池的電流收集和整體性能。

不同比例的陽極和陰極在不同多晶硅摻雜濃度下的模擬效率

陽極/陰極比率：模擬中考慮了不同的陽極和陰極寬度比。

總間距：模擬中假設總間距為1100微米，陽極寬度從100微米變化到800微米，陰極寬度相應減少。

不同陽極寬度和固定間隙寬度條件下的模擬結果

Jsc：隨著陽極寬度的增加，Jsc增加，因為更多的少數載流子被陽極收集。

Voc：Voc有輕微的下降趨勢，盡管這并不顯著影響整體效率。

FF：在某些情況下，當陽極寬度非常大時，FF會突然下降，這表明陰極寬度過小會導致電池性能下降。

激光接觸開口偏差模擬

評估激光切割接觸孔時的偏差對IBC太陽能電池性能的影響。確定可接受的偏差范圍，以保持電池性能在可接受的效率損失范圍內。

模擬激光觸點開啟偏差的效率

效率下降：當激光接觸開口出現微小的偏差時，電池效率會迅速下降。特別是偏差超過5μm后，效率下降速率逐漸減緩，直至陰極和摻雜區域完全錯位。

可接受的偏差范圍：如果激光開口偏差能控制在100μm以下，效率下降將低于0.5%。

高效TBC太陽能電池的制備

選擇P/N比為2:1和100um的間隙進行電池制備，并應用TOPCon技術，制備出的TBC電池效率為20.3%

TBC 太陽能電池的電特性

實際制造的TBC太陽能電池的電學特性，包括開路電壓（Voc）、短路電流（Jsc）、填充因子（FF）和光電轉換效率（η），提供的數據可以作為質量控制的標準，確保后續生產的電池達到或超過這些性能指標。

通過TCAD模擬優化IBC太陽能電池設計對于提高EQE檢測設備性能的重要性，同時也指出了制造過程中精度控制對于確保QE檢測準確性的關鍵作用。

美能QE量子效率測試儀

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氙燈+鹵素燈雙光源結構，保證光源穩定性

通過與量子效率測試儀的實驗數據對比，驗證了TCAD模擬在預測IBC太陽能電池外部量子效率（EQE）方面的準確性。美能QE量子效率測試儀在驗證TCAD模擬結果、優化太陽能電池設計、提高制造質量控制效率以及推動測試技術發展方面發揮了重要作用。