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TBC電池結(jié)構(gòu)模擬:具有混合擴(kuò)散和TOPCon技術(shù)的IBC電池的 TCAD 建模

美能光伏 ? 2024-11-01 08:10 ? 次閱讀
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IBC硅太陽能電池,如異質(zhì)結(jié)IBC(HJ-IBC)和多晶硅氧化物太陽能電池,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高效的光電轉(zhuǎn)換效率。這些高效太陽能電池的制造過程復(fù)雜且成本高,限制了它們?cè)谑袌?chǎng)上的應(yīng)用,結(jié)合了混合擴(kuò)散和TOPCon技術(shù),以降低制造復(fù)雜性。TCAD模擬是預(yù)測(cè)和優(yōu)化IBC太陽能電池性能的有力工具,而EQE測(cè)試則提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段。通過結(jié)合這兩種方法,研究人員可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和改進(jìn)電池性能

IBC太陽能電池的模型和參數(shù)

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模擬的IBC太陽能電池的結(jié)構(gòu)

展示了IBC太陽能電池的橫截面視圖,包括電池的各個(gè)層和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。該結(jié)構(gòu)可能包括基底、發(fā)射極、隧道氧化物層多晶硅層、以及前后表面的接觸區(qū)域。

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用于光學(xué)生成的隨機(jī)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,以提高光的捕獲率電池的光電轉(zhuǎn)換效率,這種設(shè)計(jì)對(duì)于提高電池的光吸收和光電轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。通過模擬這些紋理對(duì)光吸收的影響,研究人員可以優(yōu)化電池設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)更高的性能。

模擬的驗(yàn)證方法

光學(xué)生成剖面:利用轉(zhuǎn)移矩陣法(TMM)來構(gòu)建紋理硅中不同深度的光學(xué)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。這種方法可以通過計(jì)算波長(zhǎng)和折射率的關(guān)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(shù)來計(jì)算光學(xué)產(chǎn)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(dǎo)體中,載流子(電子和空穴)的遷移率會(huì)隨著摻雜水平的變化而變化,影響電池的電導(dǎo)。

復(fù)合模型:采用了經(jīng)典的SRH復(fù)合理論,俄歇復(fù)合是我們?cè)诨诠璧哪P椭斜仨氁氲牧硪环N理論,因?yàn)樗诟邼舛葏^(qū)域或高注入條件下會(huì)占主導(dǎo)地位。

隧穿模型:該模型側(cè)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(tài),在太陽能電池的前表面添加接受型表面陷阱態(tài)。陷阱態(tài)可以捕獲和釋放載流子,影響電池的復(fù)合和效率。在模擬中,陷阱密度的選擇對(duì)電池性能有顯著影響。

模擬J-V驗(yàn)證

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實(shí)際與模擬的IV曲線

模擬的J-V曲線與實(shí)際J-V曲線完美對(duì)應(yīng),參數(shù)偏差低于1%。這種高度的一致性表明模擬模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)設(shè)備的行為,為進(jìn)一步的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了可靠的基礎(chǔ)。

模擬EQE驗(yàn)證

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實(shí)際與模擬的EQE曲線

EQE曲線在某些區(qū)域,尤其是在紅外區(qū)域存在一些偏差。這種偏差可能是由于模擬方法中對(duì)AM1.5G光譜的處理方式導(dǎo)致的,模擬中使用了單一波長(zhǎng)的光譜來獲得光學(xué)生成剖面,而實(shí)際的AM1.5G光譜是連續(xù)的。

EQE曲線通常在400nm到1100nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量,這個(gè)范圍覆蓋了太陽光的主要光譜。在這個(gè)范圍內(nèi),曲線的形狀可以揭示電池對(duì)不同顏色光的響應(yīng)能力

多晶硅優(yōu)化模擬

通過模擬確定最佳的多晶硅層厚度摻雜濃度,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。b8a5cb3a-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

不同摻雜濃度和厚度的多晶硅層的模擬結(jié)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(yīng)而呈現(xiàn)周期性變化。

Voc:高摻雜濃度有利于提高Voc,因?yàn)楦蟮哪軒澢碗妼?dǎo)性。

FF:高摻雜濃度也有助于提高FF,因?yàn)樗鼈兛梢詼p少接觸電阻和提高電池的電導(dǎo)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(yōu)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。b8cadeca-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

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(shè)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(yīng)減少。

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不同陽極寬度和固定間隙寬度條件下的模擬結(jié)果

Jsc:隨著陽極寬度的增加,Jsc增加,因?yàn)楦嗟纳贁?shù)載流子被陽極收集。

Voc:Voc有輕微的下降趨勢(shì),盡管這并不顯著影響整體效率。

FF:在某些情況下,當(dāng)陽極寬度非常大時(shí),F(xiàn)F會(huì)突然下降,這表明陰極寬度過小會(huì)導(dǎo)致電池性能下降。

激光接觸開口偏差模擬

評(píng)估激光切割接觸孔時(shí)的偏差對(duì)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(nèi)。b90b3754-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

模擬激光觸點(diǎn)開啟偏差的效率

效率下降:當(dāng)激光接觸開口出現(xiàn)微小的偏差時(shí),電池效率會(huì)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(qū)域完全錯(cuò)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(jìn)行電池制備,并應(yīng)用TOPCon技術(shù),制備出的TBC電池效率為20.3%b94518c0-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

TBC 太陽能電池的電特性

實(shí)際制造的TBC太陽能電池的電學(xué)特性,包括開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、填充因子(FF)和光電轉(zhuǎn)換效率(η),提供的數(shù)據(jù)可以作為質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn),確保后續(xù)生產(chǎn)的電池達(dá)到或超過這些性能指標(biāo)。

通過TCAD模擬優(yōu)化IBC太陽能電池設(shè)計(jì)對(duì)于提高EQE檢測(cè)設(shè)備性能的重要性,同時(shí)也指出了制造過程中精度控制對(duì)于確保QE檢測(cè)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵作用。

美能QE量子效率測(cè)試儀

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聯(lián)系電話:400 008 6690

美能QE量子效率測(cè)試儀可以兼容測(cè)量所有太陽能電池的光譜響應(yīng),光譜范圍從300nm-2500nm,可以測(cè)量EQE、IQE、反射率、透射率和短路電流密度等參數(shù),搭配直徑150mm積分球,為讓您的光伏研究進(jìn)展更加順利。

  • 兼容所有太陽能電池類型,滿足多種測(cè)試需求
  • 光譜范圍可達(dá)300-2500nm,并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)?strong>雙光源結(jié)構(gòu),保證光源穩(wěn)定性

通過與量子效率測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了TCAD模擬在預(yù)測(cè)IBC太陽能電池外部量子效率(EQE)方面的準(zhǔn)確性。美能QE量子效率測(cè)試儀在驗(yàn)證TCAD模擬結(jié)果、優(yōu)化太陽能電池設(shè)計(jì)、提高制造質(zhì)量控制效率以及推動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。

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