IBC太陽(yáng)能電池憑借其背接觸設(shè)計(jì)（電極全部位于電池背面），消除了正面金屬柵線導(dǎo)致的遮光損失，從而提高了光吸收效率。然而，其制造過(guò)程復(fù)雜且成本高昂，主要技術(shù)挑戰(zhàn)在于實(shí)現(xiàn)有效的表面鈍化和相關(guān)參數(shù)的精細(xì)化優(yōu)化。本研究利用Quokka3模擬軟件，系統(tǒng)分析了晶體硅（c-Si）體壽命、晶圓電阻率、背面硼摻雜層方塊電阻、復(fù)合電流密度（J?）等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)電池性能的影響規(guī)律。美能四探針電阻測(cè)試儀可以對(duì)電池樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描，獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

研究方法

Millennial Solar

本研究基于Quokka3軟件對(duì)IBC電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。模擬電池采用n型晶體硅（c-Si）晶圓作為基底。電池正面覆蓋鈍化層和減反射層（ARC）以優(yōu)化光子捕獲并最小化損失。電池背面設(shè)計(jì)有p?型發(fā)射極（Emitter）和n?型背表面場(chǎng)（BSF），兩者交錯(cuò)排列且無(wú)物理隔離區(qū)，以增強(qiáng)電學(xué)連續(xù)性。優(yōu)化的背面鈍化/減反射層以及電極設(shè)計(jì)進(jìn)一步降低了復(fù)合損失。

IBC太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖

關(guān)鍵模擬參數(shù)包括：

電池厚度：150 μm

晶圓電阻率：0.6–1.8 Ω·cm

體壽命（SRH電子/空穴壽命）：1–5 ms

發(fā)射極方塊電阻：100–500 Ω/sq

BSF方塊電阻：35 Ω/sq

前表面鈍化復(fù)合電流密度J?：1–60 fA/cm2

后表面鈍化復(fù)合電流密度J?：1–60 fA/cm2

發(fā)射極/BSF接觸電阻：2×10?? Ω·cm2

c-Si體壽命和晶圓電阻率的影響

Millennial Solar

IBC太陽(yáng)能電池電學(xué)參數(shù)隨n型c-Si硅片體壽命變化的仿真結(jié)果

延長(zhǎng)c-Si的體壽命（1-5ms）顯著提升Voc、Jsc、FF和η。體壽命延長(zhǎng)直接降低了載流子復(fù)合率，從而減小了飽和電流密度I?，導(dǎo)致Voc升高。同時(shí)，載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度增加提高了光生載流子的收集效率，進(jìn)而提升Jsc和FF。模擬結(jié)果表明，當(dāng)體壽命達(dá)到5 ms時(shí)，電池效率η最高可達(dá)24.64%，充分證明了高品質(zhì)硅材料對(duì)電池性能及可靠性的關(guān)鍵作用。

IBC太陽(yáng)能電池電學(xué)參數(shù)隨n型c-Si硅片電阻率變化的仿真結(jié)果

晶圓電阻率變化（0.6–1.8 Ω·cm）對(duì)電池性能的影響呈現(xiàn)非線性特征。在0.6–1.2 Ω·cm范圍內(nèi)，隨著電阻率升高，Voc和Jsc呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。這主要因?yàn)檩^高的電阻率拓寬了pn結(jié)耗盡區(qū)寬度，有利于降低體區(qū)復(fù)合損失，并增強(qiáng)了長(zhǎng)波長(zhǎng)光子的吸收。當(dāng)電阻率超過(guò)1.2 Ω·cm后，串聯(lián)電阻增加導(dǎo)致FF下降，效率在達(dá)到峰值后開始降低。模擬結(jié)果顯示，電阻率為1.2 Ω·cm時(shí)電池效率達(dá)到峰值24.65%，表明優(yōu)化晶圓電阻率是平衡材料導(dǎo)電性與復(fù)合損失的關(guān)鍵。

背面硼摻雜層方塊電阻的影響

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背面硼方塊電阻(Rsh)對(duì)IBC太陽(yáng)能電池FF與η影響的Quokka3仿真結(jié)果

模擬結(jié)果顯示，背面硼摻雜層方塊電阻R??的增加會(huì)導(dǎo)致FF輕微下降和轉(zhuǎn)換效率η降低。這主要是由于R??升高增大了電池的串聯(lián)電阻，阻礙了載流子的有效收集和傳輸，導(dǎo)致I-V曲線“方形度”變差。值得注意的是，開路電壓Voc和短路電流密度Jsc基本不受R??變化的影響，因?yàn)樗鼈兎謩e由材料的帶隙和光吸收能力決定。這突顯了背面發(fā)射極特性對(duì)FF的顯著影響，優(yōu)化硼摻雜濃度以平衡導(dǎo)電性和復(fù)合至關(guān)重要。

J?對(duì)鈍化效果的影響

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Quokka3仿真的前表面鈍化層復(fù)合電流密度(J?)對(duì)IBC電池電學(xué)參數(shù)的影響

前表面復(fù)合電流密度J?的增大會(huì)導(dǎo)致Voc、Jsc、FF和η全面下降。較高的J?值意味著前表面復(fù)合加劇，減少了可用于收集的光生載流子數(shù)量，并劣化了I-V曲線特性。模擬數(shù)據(jù)表明，當(dāng)J?超過(guò)約30 fA/cm2時(shí)，效率開始顯著下滑，這強(qiáng)調(diào)了在正面應(yīng)用高質(zhì)量鈍化層的必要性。

Quokka3仿真的后表面鈍化層復(fù)合電流密度(J?)對(duì)IBC電池電學(xué)參數(shù)的影響

背面復(fù)合電流密度J?的增大同樣會(huì)降低Voc、Jsc、FF和η。對(duì)于IBC電池，由于所有載流子收集均通過(guò)背面接觸完成，背面鈍化質(zhì)量J?的影響尤為關(guān)鍵。背面J?升高直接增加了在pn結(jié)彎曲區(qū)域的復(fù)合損失，顯著劣化Voc和FF。采用選擇性鈍化技術(shù)（例如在p?發(fā)射極上使用Al?O?，在n?BSF上使用SiO?）可以有效降低復(fù)合并提升Voc，但pn結(jié)區(qū)域的設(shè)計(jì)和鈍化仍是影響偽填充因子（pFF）的敏感因素。

發(fā)射極覆蓋與背面硼方阻影響

Millennial Solar

后硼方塊電阻與覆蓋率對(duì)IBC電池參數(shù)的聯(lián)合影響仿真

發(fā)射極覆蓋率與背面硼方塊電阻的協(xié)同優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)峰值效率的核心。模擬結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)射極覆蓋率約為40%且背面硼方塊電阻R??= 100 Ω/sq時(shí)，電池性能達(dá)到最佳：Voc= 719.2 mV, Jsc= 41.66 mA/cm2, FF = 84.71%,轉(zhuǎn)換效率η = 25.2%。此優(yōu)化點(diǎn)有效平衡了接觸區(qū)復(fù)合損失和電阻損失。當(dāng)覆蓋率低于40%時(shí)，電流聚集效應(yīng)導(dǎo)致?lián)p失顯著增加；當(dāng)覆蓋率高于40%時(shí)，大面積鈍化表面的復(fù)合損失開始主導(dǎo)，抵消了低接觸電阻帶來(lái)的益處。

本文系統(tǒng)研究了IBC太陽(yáng)能電池的鈍化和減反射技術(shù)優(yōu)化，通過(guò)Quokka3模擬揭示了c-Si體壽命、方塊電阻和J?的精細(xì)化調(diào)控對(duì)效率的提升機(jī)制。首次整合體壽命、電阻率、背面硼方塊電阻和發(fā)射極覆蓋的交互效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)25.2%的峰值效率，為行業(yè)設(shè)立新基準(zhǔn)。

美能四探針電阻測(cè)試儀

Millennial Solar

美能四探針電阻測(cè)試儀可以對(duì)最大230mm的樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描，獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息，可廣泛應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體、合金、陶瓷等諸多領(lǐng)域。

超高測(cè)量范圍，測(cè)量1mΩ~100MΩ

高精密測(cè)量，動(dòng)態(tài)重復(fù)性可達(dá)0.2%

全自動(dòng)多點(diǎn)掃描，多種預(yù)設(shè)方案亦可自定義調(diào)節(jié)

快速材料表征，可自動(dòng)執(zhí)行校正因子計(jì)算

美能四探針電阻測(cè)試儀是獲取IBC電池核心電學(xué)參數(shù)的核心實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其作用貫穿材料篩選、工藝監(jiān)控及性能驗(yàn)證全流程，支撐25.2%效率優(yōu)化點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)，其數(shù)據(jù)直接決定了研究結(jié)論的可靠性和產(chǎn)業(yè)落地價(jià)值。

原文參考：Improved passivation and antirefection techniques for higher?efciency Interdigitated Back Contact (IBC) solar cells

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