一種新型的晶體硅（c-Si）太陽能電池設(shè)計(jì)，基于雙面異質(zhì)結(jié)背接觸太陽能電池（HBC電池），并采用了透明導(dǎo)電氧化物（TCO）。三種雙面HBC電池方案：全面積接觸、點(diǎn)接觸以及ITO點(diǎn)接觸，結(jié)果表明ITO的點(diǎn)接觸方案在三種方案中最為優(yōu)越。

異質(zhì)結(jié)背接觸（HBC電池）

HBC 太陽能電池結(jié)構(gòu)

結(jié)合了c-Si/a-Si異質(zhì)結(jié)和背接觸方案，提供了高短路電流密度和高開路電壓。

c-Si/a-Si 異質(zhì)結(jié)提供了優(yōu)異的鈍化效果，通過分離p-n 結(jié)界面和抑制界面載流子損失，提高了開路電壓（Voc）。BC電池結(jié)構(gòu)去除了正面金屬，避免了正面光遮擋，從而提高了光電流，進(jìn)而增加了短路電流密度（Jsc）。

雙面HBC太陽能電池

雙面HBC電池是一種能夠從兩個(gè)方向吸收光線的太陽能電池技術(shù)。

三種不同的雙面HBC太陽能電池的接觸方案

全面積接觸：發(fā)射極-背表面場的間距被增加，以便讓更多的光線能夠進(jìn)入電池的背面。

點(diǎn)接觸：通過減少背面銀面積來實(shí)現(xiàn)，但仍然保持了一定的載流子收集能力。

ITO接觸：采用了點(diǎn)接觸設(shè)計(jì)，但引入了ITO材料來覆蓋所有的a-Si表面。

雙面HBC 的建模參數(shù)

體電阻率：7 Ω?cm 的體電阻率影響電池內(nèi)部的電流傳導(dǎo)。較高的體電阻率可能導(dǎo)致內(nèi)部電阻增加。

體厚度、電池周期寬度和發(fā)射極寬度：200 μm 的體厚度、1,100 μm 的電池周期寬度和 1,000 μm 的發(fā)射極寬度共同決定了電池的結(jié)構(gòu)尺寸。

接觸電阻率：1 mΩ·cm 的接觸電阻率影響著電極與半導(dǎo)體之間的接觸特性。較低的接觸電阻率有助于降低接觸電阻，減少在電極接觸處的能量損失，提高電池的填充因子和輸出功率。

HBC電池表面反射率

HBC太陽能電池不同區(qū)域的表面反射率

前表面反射率：

從圖中可知前表面反射率較高，這意味著有相當(dāng)一部分入射光在電池前表面被反射出去，未能進(jìn)入電池內(nèi)部參與光電轉(zhuǎn)換過程。較高的前表面反射率會(huì)降低電池對(duì)光的吸收效率，進(jìn)而影響短路電流密度（Jsc）。

后表面（鈍化層）反射率：

后表面（鈍化）反射率相對(duì)較高，這一特性有利于將從電池背面入射或內(nèi)部反射到背面的光反射回電池內(nèi)部，增加光在電池內(nèi)的多次反射和吸收機(jī)會(huì)，從而提高光的利用率，對(duì)提高電池的雙面性和整體光吸收性能有積極作用。

ITO表面反射率：

較低的ITO內(nèi)部光反射率雖可能導(dǎo)致一部分正面入射光從ITO 區(qū)域逃逸，但研究發(fā)現(xiàn)即使如此，減小背面銀面積仍能增加Jsc，說明在該電池結(jié)構(gòu)中，背面?zhèn)鹊墓庹諏?duì)電池性能的影響更為顯著，盡管ITO內(nèi)部光反射率低，但背面光吸收的增加在一定程度上彌補(bǔ)了內(nèi)部光反射損失帶來的影響。

HBC太陽能電池性能的深入分析

建模參數(shù)

HBC太陽能電池的J-V特性曲線

曲線顯示出在低電壓時(shí)電流迅速上升，隨著電壓增加電流逐漸趨于平穩(wěn)，然后在接近開路電壓時(shí)電流下降至接近零。

HBC電池性能參數(shù)

性能優(yōu)化：通過優(yōu)化ITO層的參數(shù)，可以顯著提高HBC太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。電池的JSC、VOC和FF均達(dá)到或接近理論值，表明電池設(shè)計(jì)和制造工藝的高效性。

技術(shù)優(yōu)勢：雙面HBC太陽能電池的設(shè)計(jì)充分利用了雙面光吸收的優(yōu)勢，提高了電池的光利用率和輸出功率。ITO層的使用有效地解決了a-Si層載流子遷移率低的問題，提高了電池的整體性能。

雙面HBC電池不同接觸方案下的性能變化

全面積接觸方案：存在一個(gè)最優(yōu)的發(fā)射極-BSF間距，可以平衡背面光吸收和載流子傳輸效率，從而最大化電池性能。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何最小化內(nèi)阻和最大化光吸收。

點(diǎn)接觸方案：接觸面積的增加雖然可以提高光吸收，但也需要考慮載流子傳輸效率和電池內(nèi)阻。最佳的接觸面積比例是實(shí)現(xiàn)高功率密度和高FF的關(guān)鍵。

帶ITO的點(diǎn)接觸方案：ITO的使用顯著改善了電池性能，尤其是在載流子傳輸方面。最小化背面銀面積同時(shí)使用ITO可以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

對(duì)比三種方案可知，全面積接觸方案由于增加間距對(duì)載流子收集影響過大，導(dǎo)致電池性能不佳；點(diǎn)接觸方案受a - Si 低遷移率限制，在背面銀面積和光吸收之間存在權(quán)衡；帶ITO 的點(diǎn)接觸方案相對(duì)更優(yōu)，通過ITO解決了載流子傳輸問題，使背面光吸收的增加能有效提升電池性能。

雙面HBC太陽能電池的性能優(yōu)化需要在提高光吸收和載流子傳輸效率之間找到平衡。帶ITO的點(diǎn)接觸方案通過改善載流子傳輸，顯著提升了電池的整體性能。絨面反射率的優(yōu)化進(jìn)一步增強(qiáng)了背面光的吸收，這對(duì)于雙面電池的能量產(chǎn)出至關(guān)重要。

美能絨面反射儀

美能絨面反射儀RTIS通過漫反射激發(fā)電池片，然后通過8度角采用光譜儀檢測。RTIS具有定位的機(jī)臺(tái)和導(dǎo)軌，能夠方便而快速地送入樣品，實(shí)現(xiàn)電池片樣品的定位，提高使用人員的工作效率。

光譜測試范圍可達(dá)：350-1050nm

快速、自動(dòng)任意多點(diǎn)測量

每點(diǎn)測試速度約0.1s，檢測時(shí)間僅為傳統(tǒng)反射率的1/10

精準(zhǔn)測量反射率、膜厚等多項(xiàng)重要參數(shù)

隨著雙面HBC太陽能電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，美能絨面反射儀能夠精確測量和分析絨面結(jié)構(gòu)的反射特性，為研究人員提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持，幫助他們更好地理解和優(yōu)化光吸收效率。

原文出處：Bifacial Heterojunction Back Contact Solar Cell: 29-mW/cm2 Output Power Density in Standard Albedo Condition

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