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理論效率達28.9%,Poly Finger助力TOPCon電池前側局部鈍化接觸優化

美能光伏 ? 2024-11-30 01:06 ? 次閱讀

TOPCon電池因其高效率和穩定性在全球光伏市場中表現突出。但由于硼擴散、激光損傷和金屬-半導體接觸,前側存在顯著的復合損失。研究設計了前側局部多晶硅指狀結構,與傳統TOPCon和全面積多晶硅鈍化電池進行比較。通過模擬,發現抑制前表面場(FSF)和接觸區域的復合是提高電池性能的關鍵策略。美能TLM接觸電阻率測試儀,以其快速、靈活、精準的檢測能力,為雙面TOPCon太陽能電池的接觸電阻和鈍化性能提供了強有力的數據支持。

模擬細節與方法材料


模擬策略:對新型多電子選擇性接觸電池建模,考慮多種復合和遷移率模型,用 FELA 分析功率損失。實驗材料與制備:使用隆基公司生產的 n 型直拉單晶硅電池,經過多步處理,包括清洗、制絨、沉積多晶硅層、摻雜、退火、接觸電阻測試等。選擇性接觸與結構分析


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選擇性接觸的不同配置的示意圖及傳統和雙面TOPCon電池的結構

選擇性接觸的優化:

通過調整接觸電阻率(ρc)表面復合電流密度(J0),可以優化太陽能電池的選擇性。選擇性系數(S10)依賴于J0和ρc的對數關系,這影響了太陽能電池的理論最大效率(ηmax)。太陽能電池結構的比較:

傳統TOPCon電池與雙面TOPCon電池相比,后者在減少前側復合損失方面具有優勢。雙面TOPCon結構通過優化前側的多晶硅鈍化區域,可以減少光學損失,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致顯著的前側吸收損失,限制了電池的潛在效率。局部多晶硅鈍化結構可以顯著減少前側吸收損失,從而提高電池的潛在效率至26.42%。局部多晶硅指狀結構影響


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電氣特性和前側多晶硅指狀結構(poly finger width)的變化關系

電池效率的峰值集中在多晶硅指狀結構寬度20-45μm的范圍內,當表面復合電流密度(J0)低于8 fA/cm2時,效率超過26.5%。

多晶硅指狀結構寬度小于40μm時,FF幾乎不受多晶硅鈍化的影響。當寬度超過40μm時,FF對鈍化值J0和多晶硅指狀結構的寬度變得敏感。

多晶硅指狀結構的寬度對太陽能電池的效率填充因子短路電流密度有顯著影響

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電氣特性與前側多晶硅指狀結構的接觸電阻(ρc)變化的關系

電池的效率強烈依賴于多晶硅/硅氧化物界面的隧穿電阻,高效率出現在接觸電阻低于2 mΩ cm2的區域。FF的區域幾乎不受多晶硅鈍化的影響,但當多晶硅指狀結構寬度超過一定值時,FF對接觸電阻和多晶硅指狀結構的寬度變得敏感。Jsc和Voc幾乎完全依賴于多晶硅指狀結構的面積比。因此在設計雙面TOPCon太陽能電池時,需要仔細考慮多晶硅指狀結構的寬度接觸電阻,以及如何通過優化這些結構來提高電池的整體性能。背面多晶硅參數影響


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TOPCon電池的前側多晶硅(poly-Si)與晶硅界面特性分析

通過TLM測量發現,接觸電阻受到多晶硅層的摻雜濃度高溫擴散過程的影響。高溫擴散可能導致更多的針孔形成,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。

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

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TOPCon電池背面多晶硅(poly-Si)的優化模擬

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

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相對穩定,不受方塊電阻的影響,這表明通過優化其他參數可以進一步提高Voc。優化策略的結果與展望


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雙面TOPCon電池的電性能和光譜響應

通過去除 FSF(前表面場)以及引入多晶硅指狀結構的策略,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 被優化到了 42.31 mA/cm2

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雙面TOPCon電池的制備和優化策略的展望

雙面TOPCon太陽能電池的優化方案包括:多晶硅指狀結構的設計、雙面原子層沉積(ALD)以及 LECO 工藝等。這些方法有助于進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現接近27%的高效率。

通過綜合考慮結構設計工藝優化,可以顯著提高TOPCon太陽能電池的性能,并為未來的工業化生產提供了清晰的路線圖。

局部多晶硅指狀結構的鈍化和電流優勢彌補了FF不足,優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。優化前后多晶硅參數后,模擬效率達26.62%,雙面TOPCon理論效率達 28.9%美能TLM接觸電阻測試儀


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美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能,可實現快速、靈活、精準檢測。

  • 靜態測試重復性≤1%動態測試重復性≤3%
  • 線電阻測量精度可達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有力的數據支持。隨著技術的不斷進步和測試設備的不斷升級,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展貢獻更大的力量。

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

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