21.14%效率突破！MoOₓ基BC电池的接触电阻与漏电协同优化

硅异质结（SHJ）太阳能电池凭借其优异的钝化性能和载流子选择性接触，已实现单结最高效率（26.81%）。然而，传统背接触（IBC）结构因复杂的背面图案化工艺限制了其产业化应用。本文提出一种新型FBC-SHJ（前/背接触硅异质结）太阳能电池，前侧引入新型堆叠(n)nc-Si:H/MoOₓ/TCO，背侧采用实验室标准p型接触堆叠（如p-nc-Si:H），以独立评估前侧电子传输性能。美能TLM接触电阻测试仪作为核心测试工具，在验证新型MoOₓ基接触堆叠的界面性能中发挥了关键作用。

FBC-SHJ太阳能电池的结构设计  

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(A) IBC-SHJ太阳能电池结构；(B) 对称接触电阻率测试样品结构；(C) FBC-SHJ太阳能电池结构

 

传统IBC架构中，p型nc-Si:H覆盖层的高导电性导致分流电阻低。FBC-SHJ太阳能电池在本研究中作为验证新型MoOₓ基电子收集接触堆叠性能的关键实验载体。本文采用超薄MoOₓ（<2 nm）作为全区域覆盖层，其低横向导电性显著减少漏电。电子通过(n)nc-Si:H/MoOₓ/TCO堆叠收集，空穴通过(i)a-Si:H/MoOₓ/TCO堆叠收集，实现载流子分离。  

传输机制分析  

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(n)nc-Si:H/MoOₓ接触的平衡态能带图

 

通过TCAD仿真揭示了MoOₓ堆叠的能带特性：(n)nc-Si/H与MoOₓ界面形成电子累积区，费米能级高于导带，电子通过热离子发射和直接隧穿传输，完全在导带内完成。相较于传统隧穿接触，MoOₓ的n型特性避免了价带复合损失。

接触电阻优化  

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不同等离子体处理的接触电阻（ρc）

 

该研究制造了对称接触电阻测试样品，以评估不同等离子体处理对接触电阻的影响。结果表明，引入含硼等离子体处理（PTB）可以显著降低接触电阻，从平均 183 mΩcm² 降低到 108 mΩcm²。这表明 PTB 对于提高接触性能具有积极作用。

FBC-SHJ 太阳能电池的性能评估  

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FBC-SHJ太阳能电池性能参数

 

FBC-SHJ 太阳能电池：实验比较了不同厚度的 n 型 nc-Si:H 层和等离子体处理对电池性能的影响。结果显示，使用 50 nm 厚的 n 型 nc-Si:H 层和 PTB 的电池表现出最佳性能，填充因子（FF）达到 81.56%，开路电压（VOC）超过 705 mV。

IBC-SHJ 太阳能电池的制造与优化  

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IBC-SHJ太阳能电池制造流程示意图

 

IBC-SHJ 太阳能电池的制造流程：

• 沉积本征非晶硅（(i)a-Si:H）钝化层与前表面场（(n)nc-SiOₓ:H）；
• 前后表面沉积SiOₓ保护层（800 nm与1600 nm）；
• 全区域沉积(n)nc-Si:H层；
• 湿法刻蚀去除空穴收集区的(n)nc-Si:H与SiOₓ层；
• 沉积全区域MoOₓ与ITO层；
• 光刻图案化与银电极制备。

IBC-SHJ太阳能电池J-V参数对比

最佳IBC-SHJ电池的J-V曲线与参数

 

通过光刻与湿法刻蚀优化图案化工艺，解决了小间距（300 μm）下的钝化层损伤问题。优化后，IBC电池的VOC提升147 mV，FF提高10.7%，最佳电池效率达21.14%，分流电阻>150 kΩ·cm²，接近实验室标准FBC电池水平。FBC-SHJ电池在本研究中作为技术验证平台，成功展示了MoOₓ基接触堆叠在简化工艺与提升效率方面的潜力。实验证明，MoOₓ的低横向导电性显著提升分流电阻，PTB处理优化了接触界面性能。优化后的IBC电池效率达21.14%，且具备24%以上的效率潜力。

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接触电阻测试仪凭借其高精度、多功能性与定制化设计，为本研究中的界面工程优化与电池性能验证提供了关键实验数据支撑，确保了从材料特性到电池效率的全链条研究可靠性。

原文出处：Interdigitated-back-contacted silicon heterojunction solar cells featuring novel MoOx-based contact stacks

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