HBC电池新突破！中山大学&隆基最新NC：27.09%的高效异质结背接触太阳能电池

BC太阳能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

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%

线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm

接触电阻率测试与线电阻测试随意切换

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