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TBC电池结构模拟:具有混合扩散和TOPCon威廉希尔官方网站 的IBC电池的 TCAD 建模

美能光伏 2024-11-01 08:10 次阅读

IBC硅太阳能电池,如异质结IBC(HJ-IBC)和多晶硅氧化物太阳能电池,已经实现了高效的光电转换效率。这些高效太阳能电池的制造过程复杂且成本高,限制了它们在市场上的应用,结合了混合扩散和TOPCon威廉希尔官方网站 ,以降低制造复杂性。TCADinterwetten与威廉的赔率体系 是预测和优化IBC太阳能电池性能的有力工具,而EQE测试则提供了实验验证的手段。通过结合这两种方法,研究人员可以更准确地预测和改进电池性能

IBC太阳能电池的模型和参数

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模拟的IBC太阳能电池的结构

展示了IBC太阳能电池的横截面视图,包括电池的各个层和结构细节。该结构可能包括基底、发射极、隧道氧化物层多晶硅层、以及前后表面的接触区域。

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用于光学生成的随机金字塔(颜色条表示掺杂水平)

这种纹理用于模拟太阳能电池表面的光散射特性,以提高光的捕获率电池的光电转换效率,这种设计对于提高电池的光吸收和光电转换效率至关重要。通过模拟这些纹理对光吸收的影响,研究人员可以优化电池设计,以实现更高的性能。

模拟的验证方法

光学生成剖面:利用转移矩阵法(TMM)来构建纹理硅中不同深度的光学产生数据。这种方法可以通过计算波长和折射率的关系来确定透射率和反射率。然后,可以通过吸收剂的吸收系数来计算光学产生率。迁移率模型:掺杂依赖性,迁移率值依赖于掺杂浓度。在半导体中,载流子(电子和空穴)的迁移率会随着掺杂水平的变化而变化,影响电池的电导。

复合模型:采用了经典的SRH复合理论,俄歇复合是我们在基于硅的模型中必须引入的另一种理论,因为它在高浓度区域或高注入条件下会占主导地位。

隧穿模型:该模型侧重于处理隧道氧化层。在这一层中,我们需要引入薛定谔方程来解决隧道问题。

陷阱模型:表面陷阱态,在太阳能电池的前表面添加接受型表面陷阱态。陷阱态可以捕获和释放载流子,影响电池的复合和效率。在模拟中,陷阱密度的选择对电池性能有显著影响。

模拟J-V验证

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实际与模拟的IV曲线

模拟的J-V曲线与实际J-V曲线完美对应,参数偏差低于1%。这种高度的一致性表明模拟模型能够准确地预测设备的行为,为进一步的优化和设计提供了可靠的基础。

模拟EQE验证

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实际与模拟的EQE曲线

EQE曲线在某些区域,尤其是在红外区域存在一些偏差。这种偏差可能是由于模拟方法中对AM1.5G光谱的处理方式导致的,模拟中使用了单一波长的光谱来获得光学生成剖面,而实际的AM1.5G光谱是连续的。

EQE曲线通常在400nm到1100nm的波长范围内进行测量,这个范围覆盖了太阳光的主要光谱。在这个范围内,曲线的形状可以揭示电池不同颜色光的响应能力

多晶硅优化模拟

通过模拟确定最佳的多晶硅层厚度掺杂浓度,以最大化太阳能电池的效率。多晶硅层在IBC太阳能电池中通常作为选择性接触,其性能直接影响电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和整体效率。b8a5cb3a-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

不同掺杂浓度和厚度的多晶硅层的模拟结果

模拟中考虑了从50nm到300nm的不同多晶硅层厚度;探索了从1e18 cm-3到5e19 cm-3的不同掺杂浓度。

Jsc:Jsc值因多晶硅层的干涉效应而呈现周期性变化。

Voc:高掺杂浓度有利于提高Voc,因为更大的能带弯曲和电导性。

FF:高掺杂浓度也有助于提高FF,因为它们可以减少接触电阻和提高电池的电导性。

效率:效率随着多晶硅层厚度的不同而有小幅度的周期性变化。

背接触比优化模拟

通过模拟确定最佳的阳极和阴极宽度比,以最大化太阳能电池的效率。背接触比率直接影响电池的电流收集和整体性能。b8cadeca-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

不同比例的阳极和阴极在不同多晶硅掺杂浓度下的模拟效率

阳极/阴极比率:模拟中考虑了不同的阳极和阴极宽度比。

总间距:模拟中假设总间距为1100微米,阳极宽度从100微米变化到800微米,阴极宽度相应减少。

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不同阳极宽度和固定间隙宽度条件下的模拟结果

Jsc:随着阳极宽度的增加,Jsc增加,因为更多的少数载流子被阳极收集。

Voc:Voc有轻微的下降趋势,尽管这并不显著影响整体效率。

FF:在某些情况下,当阳极宽度非常大时,FF会突然下降,这表明阴极宽度过小会导致电池性能下降。

激光接触开口偏差模拟

评估激光切割接触孔时的偏差对IBC太阳能电池性能的影响。确定可接受的偏差范围,以保持电池性能在可接受的效率损失范围内。b90b3754-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

模拟激光触点开启偏差的效率

效率下降:当激光接触开口出现微小的偏差时,电池效率会迅速下降。特别是偏差超过5μm后,效率下降速率逐渐减缓,直至阴极和掺杂区域完全错位。

可接受的偏差范围:如果激光开口偏差能控制在100μm以下,效率下降将低于0.5%。

高效TBC太阳能电池的制备

选择P/N比为2:1和100um的间隙进行电池制备,并应用TOPCon威廉希尔官方网站 ,制备出的TBC电池效率为20.3%b94518c0-97e5-11ef-8084-92fbcf53809c.png

TBC 太阳能电池的电特性

实际制造的TBC太阳能电池的电学特性,包括开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η),提供的数据可以作为质量控制的标准,确保后续生产的电池达到或超过这些性能指标。

通过TCAD模拟优化IBC太阳能电池设计对于提高EQE检测设备性能的重要性,同时也指出了制造过程中精度控制对于确保QE检测准确性的关键作用。

美能QE量子效率测试仪

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联系电话:400 008 6690

美能QE量子效率测试仪可以兼容测量所有太阳能电池的光谱响应,光谱范围从300nm-2500nm,可以测量EQE、IQE、反射率、透射率和短路电流密度等参数,搭配直径150mm积分球,为让您的光伏研究进展更加顺利。

  • 兼容所有太阳能电池类型,满足多种测试需求
  • 光谱范围可达300-2500nm,并提供特殊化定制

氙灯+卤素灯双光源结构,保证光源稳定性

通过与量子效率测试仪的实验数据对比,验证了TCAD模拟在预测IBC太阳能电池外部量子效率(EQE)方面的准确性。美能QE量子效率测试仪在验证TCAD模拟结果、优化太阳能电池设计、提高制造质量控制效率以及推动测试威廉希尔官方网站 发展方面发挥了重要作用。

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