叉指背接触（IBC）晶体硅太阳能电池因其高短路电流（Jsc）和理论效率接近29.4%的潜力，成为光伏领域的研究热点。其结构通过将正负电极移至背面，避免了传统前接触电池的金属遮挡问题，同时提升了光捕获能力和载流子收集效率。然而，IBC电池的产业化应用受限于复杂制造工艺（如背接触对准精度）及背面复合损失等问题。

现有研究多聚焦于发射极宽度或接触类型优化，但对硅片参数（如厚度、电阻率、体寿命）与几何设计（如面积占比）的系统性协同研究仍不足。本研究基于Quokka3模拟平台，结合美能QE量子效率测试仪对光谱响应的精准量化能力，深入分析关键参数对IBC电池性能的影响，提出优化方案以提升效率至26.64%，为实验制备提供理论指导。

 IBC太阳能结构的模型示意图

硅片参数优化  

a) 硅片电阻率与厚度对效率的影响；b) 体寿命与厚度对效率的影响

硅片厚度、电阻率与体寿命是决定IBC电池性能的核心参数。通过三维模拟发现，当硅片厚度从80 μm增至200 μm时，效率提升显著。结合电阻率1 Ω·cm与体寿命≥10 ms的条件，效率可达24.85%。进一步优化表明，体寿命延长至10 ms以上可有效抑制基底复合，提升开路电压（Voc）与填充因子（FF）。此外，硅片电阻率过低（＜1 Ω·cm）会导致串联电阻增加，而过高（＞2 Ω·cm）则限制载流子浓度，因此1 Ω·cm为最优选择。

表面钝化技术影响  

前/后表面J0对a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影响

前/后表面钝化质量直接影响Voc与Jsc。模拟显示，当前后表面复合电流密度（J0）从50 fA·cm−2降至1 fA·cm⁻²时，Voc提升约25.4 mV，效率增加1.91%。此结果表明，采用高质量钝化层（如原子层沉积Al2O3）可显著降低表面复合损失。值得注意的是，后表面钝化需兼顾均匀性与厚度，过厚钝化层可能导致寄生吸收损失。 

背面结构设计与电阻率优化  

硼发射极背面a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η随电阻率与J0的变化

磷扩散背面a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η随电阻率与J0的变化

背面硼发射极与磷扩散BSF的电阻率（Rsheet）和复合速率（J0）对性能至关重要。模拟表明，硼发射极Rsheet=100 Ω/□、J0=1 fA·cm−2时，效率达26.05%；而磷扩散BSF在Rsheet=50 Ω/□、J0=1 fA·cm−2时，效率进一步提升至26.25%。条状接触结构因横向导电性优于点状接触，可降低串联电阻并提升FF。此外，发射极与BSF间需保持适当间隙以避免隧道结效应导致的低偏压穿透风险。 

面积占比与复合控制  

硼发射极面积占比与J0对a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影响

磷扩散面积占比与J0对a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影响

硼发射极面积占比增加可提升Jsc，但需控制J0＜10 fA·cm⁻² 以抑制复合损失。模拟显示，发射极占比70%时效率最优。对于磷扩散BSF，面积占比超过10%会导致Voc下降，因此建议BSF面积≤30%并优化J0＜1 fA·cm⁻²。此外，间隙区域需最小化以减少阴影损失，同时避免发射极与BSF直接接触引发隧道效应。  

本研究通过Quokka3模拟明确了IBC电池高效化的关键参数：硅片厚度200 μm、电阻率1 Ω·cm、体寿命≥10 ms、发射极占比70%、前后表面J0≤1 fA·cm⁻² 。在此条件下，理论效率达26.64%（Voc=737.9 mV, Jsc=42.06 mA/cm², FF=85.85%）。研究为IBC电池设计提供了实验依据，未来可结合新型钝化材料（如超薄SiCx:H）与激光掺杂技术进一步降低复合损失，推动其产业化进程。 

美能QE量子效率测试仪

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量子效率测试仪可精准验证优化后电池的 Jsc提升与光谱响应特性，为实验参数校准提供关键支撑。也为IBC电池设计提供了实验依据，推动其产业化进程。

原文参考：Systematic Modeling and Optimization for High-Efficiency Interdigitated Back-Contact Crystalline Silicon Solar Cells