350cm²商用TBC太阳能电池效率创27.03%世界纪录

 

光伏产业的高效可持续发展需同步提升电池效率与美观性。背接触（BC）硅太阳能电池凭借无前栅线结构，兼具高理论效率（29.2%）和美学优势，但低双面率（<80%）制约其规模化应用。

本研究提出双面光管理策略：在隧穿氧化层钝化背接触（TBC）电池受光面构建分级微米/亚微米金字塔（HMS），背间隙区形成纳米抛光表面（NPS）。美能QE量子效率测试仪可以准确量化不同表面结构（如HMS减反射层和NPS光陷阱）的光谱响应特性。成功实现350 cm²商用尺寸单结硅电池27.03%总面积效率（认证数据），双面率突破>80%，为BC技术产业化扫除关键障碍。

效率纪录与结构创新

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TBC太阳能电池结构与性能；a：电池结构示意图；b：350 cm²电池I-V/P-V曲线；c：不同织构工艺对比；d：量产电池效率分布e：Jₛc、Vₒc、FF统计值

创纪录电池的I-V/P-V曲线，核心参数：

短路电流密度（Jsc）：42.32 mA/cm²（较文献值提升显著）

开路电压（Voc）：744.7 mV

填充因子（FF）：85.77%

该效率突破得益于HMNS协同结构（HMS前表面 + NPS背间隙区）：

量产统计（130μm硅片）：HMNS平均效率达26.49%，较常规微织构（CMS）提升0.24% 

电流增益主导：HMNS的Jsc提升0.38 mA/cm²，验证光管理有效性

HMS前表面减反射机制

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HMS表面减反射机制；a-b：CMS与HMS金字塔SEM图像；c：HMS表面形成机理；d：反射光谱；e-f：CMS与HMS电池光学损失分析；

阶梯状亚微米结构通过温和碱蚀形成：

反射率降至13.47%（CMS：17.24%），主因基角增大（52°→60°）与亚微结构散射增强 

光学损失分析：反射损失降低0.42 mA/cm²，EQE积分Jsc增至41.80 mA/cm²

外观优化：HMS表面呈均匀暗色，解决CMS多角度色差问题

NPS背间隙光陷阱设计

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NPS表面光限制机制；a：NPS形成机理；b：NPS表面SEM图像；c：渐变折射率层等效原理；d-e：HMS与HMNS电池光学损失对比

纳米球冠结构（30-250 nm） 通过钙盐添加剂选择性抛光实现：

渐变折射率效应：等效介质理论减少硅-空气界面光损失

光限制优势：HMNS逃逸损失降至2.65 mA/cm²（CMS：2.71 mA/cm²）

钝化协同：NPS表面复合电流密度（J₀）仅0.18 fA/cm²，为CMS的1/4

钝化与复合控制关键技术

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钝化与复合分析；a：Al₂O₃厚度对钝化效果影响；b：iVoc对比；c：载流子寿命；d：复合机制分解；e-f：CMS与NPS表面面积比及复合速度

Al₂O₃/SiNₓ堆叠优化：ALD循环>43次（厚度>6 nm）时，HMS钝化效果媲美CMS

复合机制解析：NPS表面复合速率仅为CMS的1/3，归因于平滑形貌与晶向优势

载流子寿命提升：NPS在最大功率点（MPP）注入水平寿命延长15%

双面率与效率协同优化

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双面率与效率协同提升；a：双面率模拟预测；b：效率极限预测；c：不同p/n区宽度电池效率统计；d：电学损失分析

p/n区宽度缩减实现双面率突破：

实验验证：p/n=200μm时，双面率达81.33%（模拟值81.85%）

效率增益：HMNS在p/n=200μm时效率提升0.15%，显著高于CMS（0.05%）

根本原因：NPS降低间隙区复合损失，电学分析显示表面复合减少40%

量产预测：HMNS电池理论效率达27.06%

本研究成功开发了一种双面微纳光管理策略，在350 cm²商用尺寸隧穿氧化层钝化背接触（TBC）单结硅太阳能电池上实现了27.03%的总面积效率世界纪录（ISFH认证），同时将双面率提升至81.33%。

该技术通过在前表面构建阶梯状亚微米金字塔结构（HMS），使平均反射率降至13.47%，短路电流密度提升至42.32 mA/cm²；在背间隙区设计纳米球冠抛光表面（NPS），利用渐变折射率效应将光逃逸损失压缩至2.65 mA/cm²；结合Al₂O₃/SiNₓ钝化堆叠优化（>6 nm），使NPS区复合电流密度低至0.18 fA/cm²。

这项兼容TOPCon产线的技术创新，为突破单结硅电池28%效率极限提供了可量产的解决方案。

美能QE量子效率测试仪

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美能QE量子效率测试仪可以用来测量太阳能电池的光谱响应，并通过其量子效率来诊断太阳能电池存在的光谱响应偏低区域问题。它具有普遍的兼容性、广阔的光谱测量范围、测试的准确性和可追溯性等优势。

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 

美能QE量子效率测试仪通过测量 EQE（外量子效率）、IQE（内量子效率）、反射率及短路电流密度 等关键参数，可精准分析TBC电池的光谱响应特性，为优化背表面钝化接触（如TOPCon层）和光管理策略提供数据支撑。

原文参考：Total-area world-record efficiency of 27.03% for 350.0 cm2 commercial-sized singlejunction silicon solar cells

 

 

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