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理论效率达28.9%,Poly Finger助力TOPCon电池前侧局部钝化接触优化

美能光伏 2024-11-30 01:06 次阅读

TOPCon电池因其高效率和稳定性在全球光伏市场中表现突出。但由于硼扩散、激光损伤和金属-半导体接触,前侧存在显著的复合损失。研究设计了前侧局部多晶硅指状结构,与传统TOPCon和全面积多晶硅钝化电池进行比较。通过interwetten与威廉的赔率体系 ,发现抑制前表面场(FSF)和接触区域的复合是提高电池性能的关键策略。美能TLM接触电阻率测试仪,以其快速、灵活、精准的检测能力,为双面TOPCon太阳能电池的接触电阻和钝化性能提供了强有力的数据支持。

模拟细节与方法材料


模拟策略:对新型多电子选择性接触电池建模,考虑多种复合和迁移率模型,用 FELA 分析功率损失。实验材料与制备:使用隆基公司生产的 n 型直拉单晶硅电池,经过多步处理,包括清洗、制绒、沉积多晶硅层、掺杂、退火、接触电阻测试等。选择性接触与结构分析


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选择性接触的不同配置的示意图及传统和双面TOPCon电池的结构

选择性接触的优化:

通过调整接触电阻率(ρc)表面复合电流密度(J0),可以优化太阳能电池的选择性。选择性系数(S10)依赖于J0和ρc的对数关系,这影响了太阳能电池的理论最大效率(ηmax)。太阳能电池结构的比较:

传统TOPCon电池与双面TOPCon电池相比,后者在减少前侧复合损失方面具有优势。双面TOPCon结构通过优化前侧的多晶硅钝化区域,可以减少光学损失,从而提高电池性能

自由能损失分析:

全面积多晶硅钝化会导致显著的前侧吸收损失,限制了电池的潜在效率。局部多晶硅钝化结构可以显著减少前侧吸收损失,从而提高电池的潜在效率至26.42%。局部多晶硅指状结构影响


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电气特性和前侧多晶硅指状结构(poly finger width)的变化关系

电池效率的峰值集中在多晶硅指状结构宽度20-45μm的范围内,当表面复合电流密度(J0)低于8 fA/cm²时,效率超过26.5%。

多晶硅指状结构宽度小于40μm时,FF几乎不受多晶硅钝化的影响。当宽度超过40μm时,FF对钝化值J0和多晶硅指状结构的宽度变得敏感

多晶硅指状结构的宽度对太阳能电池的效率填充因子短路电流密度有显著影响

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电气特性与前侧多晶硅指状结构的接触电阻(ρc)变化的关系

电池的效率强烈依赖于多晶硅/硅氧化物界面的隧穿电阻高效率出现在接触电阻低于2 mΩ cm²的区域。FF的区域几乎不受多晶硅钝化的影响,但当多晶硅指状结构宽度超过一定值时,FF对接触电阻和多晶硅指状结构的宽度变得敏感。Jsc和Voc几乎完全依赖于多晶硅指状结构的面积比。因此在设计双面TOPCon太阳能电池时,需要仔细考虑多晶硅指状结构的宽度接触电阻,以及如何通过优化这些结构来提高电池的整体性能。背面多晶硅参数影响


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TOPCon电池的前侧多晶硅(poly-Si)与晶硅界面特性分析

通过TLM测量发现,接触电阻受到多晶硅层的掺杂浓度高温扩散过程的影响。高温扩散可能导致更多的针孔形成,这有利于载流子的传输,但同时也可能增加接触电阻。

低掺杂浓度接触电阻范围为1.0 mΩ cm²到1.4 mΩ cm²,而高掺杂浓度的接触电阻范围为0.8 mΩ cm²到1.2 mΩ cm²

通过优化扩散过程和掺杂浓度,可以有效降低接触电阻,从而提高太阳能电池的整体性能。

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TOPCon电池背面多晶硅(poly-Si)的优化模拟

随着多晶硅方块电阻和厚度的变化,电池的高效率出现在方块电阻低于100 Ω/sq且多晶硅厚度小于30nm的区间。

FF随着方块电阻的减小和多晶硅厚度的增加而增加

较薄的多晶硅厚度有助于减少寄生吸收,从而提高Jsc。每增加20nm的多晶硅厚度,太阳能电池的Jsc会减少0.1 mA/cm²

Voc相对稳定,不受方块电阻的影响,这表明通过优化其他参数可以进一步提高Voc。优化策略的结果与展望


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双面TOPCon电池的电性能和光谱响应

通过去除 FSF(前表面场)以及引入多晶硅指状结构的策略,开路电压 Voc 和填充因子 FF 得到了改善,效率提升到了 26.62%Voc 达到738.7 mVFF 超过85.16%

考虑到金属遮光、反射率和多晶硅薄膜的寄生吸收,短路电流密度Jsc 被优化到了 42.31 mA/cm²

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双面TOPCon电池的制备和优化策略的展望

双面TOPCon太阳能电池的优化方案包括:多晶硅指状结构的设计、双面原子层沉积(ALD)以及 LECO 工艺等。这些方法有助于进一步提高电池的钝化和接触性能,有可能在大尺寸电池上实现接近27%的高效率。

通过综合考虑结构设计工艺优化,可以显著提高TOPCon太阳能电池的性能,并为未来的工业化生产提供了清晰的路线图。

局部多晶硅指状结构的钝化和电流优势弥补了FF不足,优化接触性能可使效率超26.5%。多晶硅寄生吸收受限下,局部选择性接触对电池性能影响大。优化前后多晶硅参数后,模拟效率达26.62%,双面TOPCon理论效率达 28.9%美能TLM接触电阻测试仪


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美能TLM接触电阻测试仪所具备接触电阻率测试功能,可实现快速、灵活、精准检测。

  • 静态测试重复性≤1%动态测试重复性≤3%
  • 线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm
  • 接触电阻率测试与线电阻测试随意切换

定制多种探测头进行测量和分析

美能TLM接触电阻率测试仪,以其快速、灵活、精准的检测能力,为双面TOPCon太阳能电池的接触电阻和钝化性能提供了强有力的数据支持。随着威廉希尔官方网站 的不断进步和测试设备的不断升级,双面TOPCon电池将在未来光伏市场中扮演更加重要的角色,为全球清洁能源的发展贡献更大的力量。

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

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