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HBC电池新突破!中山大学汪根顺博士最新NC:27.09%的高效异质结背接触太阳能电池
日期:2024-10-18浏览量:5
BC电池的发展降低了光伏发电的成本,但应用场景的多样化对电池技术提出了更高要求。研究发现 HBC 太阳能电池中接触电阻率对电池性能影响较大,如高接触电阻率会导致较高的串联电阻,进而降低电池的填充因子和功率转换效率。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。
高效 HBC 太阳能电池
HBC电池的结构图、J-V曲线、电损失分析、JSC损失分析
通过优化电池结构和制造工艺,可以显著提高HBC太阳能电池的性能。特别是,通过减少重组损失和电阻损失,可以实现更高的电压(VOC)和填充因子(FF),从而提高电池的整体效率。此外,通过优化前表面的抗反射涂层和后表面的反射器,可以进一步提高电池的短路电流密度(JSC),进一步提升电池效率。
通过对比不同类型的太阳能电池(HBC 和 SHJ)在不同面积下的各项参数,可以看出不同结构和工艺对电池性能的影响。例如,在开路电压方面,不同电池由于材料和结构的差异有所不同;短路电流密度受到硅片厚度和测量面积等因素的影响;填充因子和功率转换效率则综合反映了电池的整体性能。
HBC太阳能电池的复合特性
晶硅被激光图案化为四个区域,分别为 HSC(空穴选择性接触)、ESC(电子选择性接触)、gap(间隙)以及 HSC + gap,通过对不同区域寿命曲线的对比,可以清晰地看出各区域复合特性的差异。这种差异为进一步分析复合电流密度在不同区域的贡献提供了依据,有助于确定哪些区域是复合的主要来源,从而为优化电池结构和工艺提供方向。
通过对不同区域能量带图、复合率及理想因子的分析,可以深入理解电池中不同区域的复合机制。这有助于针对性地采取措施来抑制复合,例如在 HSC 区域通过增强内置电场抑制复合,在极性边界区域通过管理边界形态减少复合。
HBC 太阳能电池的接触评估与设计
串联电阻(RS)的组成:
展示了HBC太阳能电池中串联电阻的组成,包括来自HSC(空穴选择性接触)堆叠、ESC(电子选择性接触)堆叠、金属电阻损失(从手指到汇流条)以及其他损失源(例如体电阻)。这些电阻损失的总和在电池的最大功率点(MPP)处对电池性能有显著影响。
HSC 和 ESC 区域接触电阻率优化分析:
接触电阻率测量:采用TLM测量法分别提取基于p-a-Si:H的 HSC 和基于n-a-Si:H的 ESC 的接触电阻率。结果显示 HSC 的接触电阻率为51.3mΩ·cm2,ESC 的接触电阻率为46.1mΩ·cm2。通过优化非晶硅(a-Si:H)层和掺杂纳米晶硅(nc-Si(Ox):H)层,可以降低接触电阻率,从而减少电阻损失。
在HBC太阳能电池设计中,接触电阻率和结构设计对电池性能的重要性。通过优化接触区域和调整HSC与ESC的覆盖面积比,可以显著降低串联电阻,从而提高电池的效率和填充因子。
HBC 太阳能电池电流损失的检测与分析
外部量子效率(EQE):da的EQE曲线在所有波长上都比ta高,表明JSC损失不是来自光学通道,而是来自重组。
电遮蔽现象的模拟:在不同表面复合率(SESC, gap)下,HSC区域的IQE接近100%,而ESC和gap区域的IQE较低,这是因为少数载流子需要更长的传输距离才能到达收集区域。
LBIC测量:显示了从HSC区域到电池边缘的LBIC强度的均匀下降。
重组电流密度与与有效寿命和传输长度的关系:模型说明了从右到左的设备中光生载流子(Jgen)的传输,它们被有效收集(JSC)或在路径上发生重组(Jrec)。
通过EQE谱、LBIC测量和模拟结果,详细分析了HBC太阳能电池中JSC损失的来源,特别是由于少数载流子在ESC和gap区域的较长传输长度导致的电遮蔽效应。分析结果对于优化电池结构设计、减少重组损失和提高电池性能具有重要意义。
HBC太阳能电池光电性能改进的策略
电气性能优化:
通过对比不同电池的这些参数,可以识别出提高电池性能的潜在途径,例如通过减少表面复合电流密度(J01和J02)和串联电阻(RS)来提升电池的开路电压(VOC)和填充因子(FF)。
光学性能优化:
这些参数分别代表前表面反射和寄生吸收损失、背面寄生吸收和逃逸反射损失以及电遮蔽损失。通过优化这些参数,可以提高电池的短路电流密度(JSC),从而提升整体的光电转换效率。
研究人员通过研究和分析,在制备HBC太阳能电池过程中取得的核心优化方向,并实现了27.09%的高光电转换效率。在高效HBC太阳能电池中,接触电阻率起着关键作用,主要是由于HSC或ESC区域的接触面积显著减少。通过优化HSC区域,研究人员实现了低于55 mΩ·cm²的最低接触电阻率。
美能TLM接触电阻率测试仪
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。
n 静态测试重复性≤1%,动态测试重复性≤3%
n 线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm
n 接触电阻率测试与线电阻测试随意切换
n 可定制多种探测头进行测量和分析
通过综合考虑电气和光学设计,以及对电池结构和制造工艺的精细优化,HBC太阳能电池的效率有潜力达到27.7%以上,这为未来太阳能电池技术的发展提供了明确的方向。美能TLM接触电阻测试仪具备高精度的接触电阻率和线电阻测试功能,测试范围广,重复性高。采用先进的(TLM)检测技术,尤显著提高测量精度和可靠性。
原文出处:Wang, G., Su, Q., Tang, H. et al. 27.09%-efficiency silicon heterojunction back contact solar cell and going beyond. Nat Commun 15, 8931 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53275-5