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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
日期:2024-11-28浏览量:55
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。通过模拟,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
模拟软件: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
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)和表面复合电流密度(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
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为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%。
当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、填充因子和短路电流密度有显著影响。
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和接触电阻,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
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和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。
低掺杂浓度的接触电阻范围为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。
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
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 mV,FF 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。
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和工艺优化,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%。
联系电话:400 008 6690
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%
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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。随着技术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