高效TOPCon基背接触polyZEBRA太阳能电池：效率突破24%

 

 

工业太阳能电池正从 PERC 向 TOPCon 技术过渡，双面应用 TOPCon 结构可突破传统前侧扩散限制。polyZEBRA技术，通过将双极性TOPCon结构集成于电池背面，完全消除前侧寄生吸收，同时采用低成本工艺（激光图案化与丝网印刷），旨在实现与双面接触TOPCon技术相竞争的成本效益，电池效率从23.0%提高到24.0%，实现了1%绝对值的提升。

polyZEBRA太阳能电池的工艺流程

 

polyZEBRA太阳能电池的制造工艺流程

 

 

关键工艺特点

 

双极性TOPCon结构：背面同时集成n型和p型TOPCon结构，避免了前侧金属化带来的光吸收损失。

 

低成本工艺：采用激光图案化和丝网印刷等工业化低成本工艺，确保技术的经济可行性。

 

钝化优化：通过AlOx/SiNx钝化层和隧穿氧化层的结合，显著降低了表面复合损失，提升了电池的开路电压（Voc）和填充因子（FF）。实验参数对比

 

去年与本次研究在实验参数上的差异

 

 

电池厚度和基区电阻率：较薄的电池和较低的基区电阻率导致Jsc略有下降，但显著降低了Rser，提升了FF。

 

清洗步骤的简化：省略额外清洗步骤减少了p型poly-Si/SiOx结构的损伤，提升了Voc。

 

AlOx覆盖层厚度增加：较厚的AlOx覆盖层减少了金属刺穿隧穿氧化层的风险，降低了J0,met，提升了Voc。

 

金属化图案间距缩小：较小的间距显著降低了Rser，尽管增加了复合电流，但整体效率仍得到提升。模拟参数

 

模拟太阳能电池性能

 

 

表面复合参数：较低的J0,pass值表示良好的表面钝化，有助于提升Voc。

 

金属复合参数：较低的J0,met值表示良好的金属-半导体界面，减少复合损失，提升Voc和FF。

 

薄层电阻和接触电阻率：较低的Rsheet和ρc值表示较好的导电性和欧姆接触，有助于降低串联电阻（Rser），提升FF。polyZEBRA太阳能电池的IV性能对比

 

polyZEBRA太阳能电池的IV性能数据对比

 

 

效率提升：今年的电池效率从23.0%提升到24.0%，主要归因于Voc和FF的显著提高。光生载流子的生成量略有减少，但电池内部的载流子传输和收集效率得到了显著改善。

 

开路电压（Voc）：Voc从去年的水平提高了约17 mV，这主要归因于电池内部复合的减少。

 

隐含开路电压（iVoc）：iVoc提高了约10 mV，这反映了电池在无光照条件下的性能提升。iVoc的提高表明电池的内部质量得到了改善，特别是在减少复合方面。

 

填充因子（FF）：FF提高了约4.7%绝对值，这表明电池的串联电阻（Rser）显著降低。

 

短路电流密度（Jsc）：Jsc略有下降（约0.2 mA/cm²），这可能是由于电池厚度的减小和基底电阻率的降低。电池参数对Rser影响

 

polyZEBRA太阳能电池的pFF-to-FF损失

 

 

基区电阻率降低：从13 Ωcm降至4 Ωcm，显著降低了体电阻。

 

金属化间距缩小：从1080 μm降至800 μm，缩短了载流子传输路径，进一步降低了串联电阻。

 

工艺稳定性增强：减少了数据波动，确保结果可重复性。AlOx厚度对电池性能的影响

 

不同背面AlOx覆盖层厚度对polyZEBRA太阳能电池性能的影响

AlOx覆盖层增厚：从60 nm增至75 nm，显著降低了金属-半导体界面复合电流密度，提升了开路电压。

 

串联电阻的微小增加：较厚的AlOx覆盖层略微增加了接触电阻，但对整体效率的影响较小。

 

工艺稳定性增强：本次研究的数据点更集中，表明工艺优化后电池性能更稳定。polyZEBRA太阳能电池金属化间距影响

 

在不同后金属化图案间距下的性能对比金属化间距缩小：从1080 μm降至800 μm，显著提升了电荷载流子的收集效率，降低了串联电阻。

 

发射区宽度减少：从570 μm降至360 μm，减少了p型poly-Si/SiOx区域的复合损失。

 

间隙宽度减少：从110 μm降至75 μm，进一步降低了串联电阻。

 

界面复合的微小增加：较小的间距略微增加了金属-半导体界面复合电流密度，但对整体效率的影响较小。

 

电池效率提升：较小的间距显著提升了电池的整体性能，效率提升约0.4%绝对值。

 

 

通过创新的polyZEBRA技术，成功将TOPCon基背接触太阳能电池的效率提升至24.0%，较去年提升了1%绝对值。polyZEBRA技术展示了其在高效背接触太阳能电池领域的巨大潜力，为工业级大规模生产提供了可行的技术路径。美能在线四探针方阻仪

 

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采用四探针法测量方阻和电阻率，动态重复性达0.2%，支持全自动多点扫描，最大可测230mm样品，适用于光伏电池、半导体薄膜等场景。

 

• 最大样品满足230mm×230mm

 

• 测量点数支持5点、9点测量，同时测试5点满足≤5秒，同时测试9点满足≤10秒

 

• 测量精度：保证同种型号测量的精准度不同测试仪器间测试误差在±1%

 

未来的研究将聚焦于进一步降低iVoc-to-Voc损失，同时保持高填充因子（FF），以实现更高的电池效率，美能光伏在线四探针方阻仪将提供关键支持，助力实现更高效、更经济的太阳能发电目标。

 

原文出处：《24% Efficient TOPCon-based back contacted polyZEBRA solar cells》（EPJ Photovoltaics, 2025）

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