ITO点接触方案在HBC电池中的应用

 

一种新型的晶体硅（c-Si）太阳能电池设计，基于双面异质结背接触太阳能电池（HBC电池），并采用了透明导电氧化物（TCO）。三种双面HBC电池方案：全面积接触、点接触以及ITO点接触，结果表明ITO的点接触方案在三种方案中最为优越。

 

异质结背接触（HBC电池）

 

 

HBC 太阳能电池结构

 

 

结合了c-Si/a-Si异质结和背接触方案，提供了高短路电流密度和高开路电压。

 

 

c-Si/a-Si 异质结提供了优异的钝化效果，通过分离p-n 结界面和抑制界面载流子损失，提高了开路电压（Voc）。BC电池结构去除了正面金属，避免了正面光遮挡，从而提高了光电流，进而增加了短路电流密度（Jsc）。

双面HBC太阳能电池

 

 

双面HBC电池是一种能够从两个方向吸收光线的太阳能电池技术。

 

 

三种不同的双面HBC太阳能电池的接触方案

 

 

全面积接触：发射极-背表面场的间距被增加，以便让更多的光线能够进入电池的背面。

点接触：通过减少背面银面积来实现，但仍然保持了一定的载流子收集能力。

ITO接触：采用了点接触设计，但引入了ITO材料来覆盖所有的a-Si表面。

 

 

双面HBC 的建模参数

 

 

体电阻率：7 Ω・cm 的体电阻率影响电池内部的电流传导。较高的体电阻率可能导致内部电阻增加。

 

 

体厚度、电池周期宽度和发射极宽度：200 μm 的体厚度、1,100 μm 的电池周期宽度和 1,000 μm 的发射极宽度共同决定了电池的结构尺寸。

 

 

接触电阻率：1 mΩ·cm 的接触电阻率影响着电极与半导体之间的接触特性。较低的接触电阻率有助于降低接触电阻，减少在电极接触处的能量损失，提高电池的填充因子和输出功率。

HBC电池表面反射率

 

 

HBC太阳能电池不同区域的表面反射率

 

 

前表面反射率：

 

 

从图中可知前表面反射率较高，这意味着有相当一部分入射光在电池前表面被反射出去，未能进入电池内部参与光电转换过程。较高的前表面反射率会降低电池对光的吸收效率，进而影响短路电流密度（Jsc）。

 

 

后表面（钝化层）反射率：

 

 

后表面（钝化）反射率相对较高，这一特性有利于将从电池背面入射或内部反射到背面的光反射回电池内部，增加光在电池内的多次反射和吸收机会，从而提高光的利用率，对提高电池的双面性和整体光吸收性能有积极作用。

 

 

ITO表面反射率：

 

 

较低的ITO内部光反射率虽可能导致一部分正面入射光从ITO 区域逃逸，但研究发现即使如此，减小背面银面积仍能增加Jsc，说明在该电池结构中，背面侧的光照对电池性能的影响更为显著，尽管ITO内部光反射率低，但背面光吸收的增加在一定程度上弥补了内部光反射损失带来的影响。

HBC太阳能电池性能的深入分析

 

 

建模参数

 

 

HBC太阳能电池的J-V特性曲线

 

 

曲线显示出在低电压时电流迅速上升，随着电压增加电流逐渐趋于平稳，然后在接近开路电压时电流下降至接近零。

 

 

HBC电池性能参数

 

 

性能优化：通过优化ITO层的参数，可以显著提高HBC太阳能电池的光电转换效率。电池的JSC、VOC和FF均达到或接近理论值，表明电池设计和制造工艺的高效性。

 

 

技术优势：双面HBC太阳能电池的设计充分利用了双面光吸收的优势，提高了电池的光利用率和输出功率。ITO层的使用有效地解决了a-Si层载流子迁移率低的问题，提高了电池的整体性能。

双面HBC电池不同接触方案下的性能变化

 

 

全面积接触方案：存在一个最优的发射极-BSF间距，可以平衡背面光吸收和载流子传输效率，从而最大化电池性能。设计时需要考虑如何最小化内阻和最大化光吸收。

 

 

点接触方案：接触面积的增加虽然可以提高光吸收，但也需要考虑载流子传输效率和电池内阻。最佳的接触面积比例是实现高功率密度和高FF的关键。

 

带ITO的点接触方案：ITO的使用显著改善了电池性能，尤其是在载流子传输方面。最小化背面银面积同时使用ITO可以提高电池的光电转换效率。

 

对比三种方案可知，全面积接触方案由于增加间距对载流子收集影响过大，导致电池性能不佳；点接触方案受a - Si 低迁移率限制，在背面银面积和光吸收之间存在权衡；带ITO 的点接触方案相对更优，通过ITO解决了载流子传输问题，使背面光吸收的增加能有效提升电池性能。

 

双面HBC太阳能电池的性能优化需要在提高光吸收和载流子传输效率之间找到平衡。带ITO的点接触方案通过改善载流子传输，显著提升了电池的整体性能。绒面反射率的优化进一步增强了背面光的吸收，这对于双面电池的能量产出至关重要。

美能绒面反射仪

 

 

 

 

美能绒面反射仪RTIS通过漫反射激发电池片，然后通过8度角采用光谱仪检测。RTIS具有定位的机台和导轨，能够方便而快速地送入样品，实现电池片样品的定位，提高使用人员的工作效率。

光谱测试范围可达：350-1050nm

快速、自动任意多点测量

每点测试速度约0.1s，检测时间仅为传统反射率的1/10

精准测量反射率、膜厚等多项重要参数

 

 

随着双面HBC太阳能电池技术的不断进步，美能绒面反射仪能够精确测量和分析绒面结构的反射特性，为研究人员提供了宝贵的数据支持，帮助他们更好地理解和优化光吸收效率。

原文出处：Bifacial Heterojunction Back Contact Solar Cell: 29-mW/cm2 Output Power Density in Standard Albedo Condition

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