太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，太陽能電池通過利用光伏效應(yīng)可將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其?yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠，受到各國廣泛重視。
晶體硅太陽能電池由于原材料豐富，工藝技術(shù)成熟，已一統(tǒng)天下十幾載，占據(jù)著太陽能電池市場的優(yōu)勢地位，被廣泛應(yīng)用到地面電站、建筑光伏等領(lǐng)域。如美國蘋果公司的總部大樓就大量融入了晶體硅太陽能電池面板（下圖），不僅每年可提供蘋果公司約7個月的工作用電，還烘托出建筑所具有的獨特科技美感。
大量采用晶體硅太陽能電池面板的蘋果新總部Campus 2（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
叉指背接觸（Interdigitated Back Contact，IBC）晶硅太陽能電池作為一種高效太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率達25.2%，接近單晶太陽能電池極限效率26.2%。該電池是基于正負(fù)金屬電極交叉排列在電池背面的叉指背接觸（Interdigitated Back Contact，IBC）結(jié)構(gòu)，不僅有效避免了電極造成的遮光損失，提高了電池轉(zhuǎn)換效率，同時由于電池正面無金屬柵線，給人獨特的美感，是下一代晶體硅太陽能電池的重要的發(fā)展方向。
但是，IBC電池對背部摻雜和電極以及對應(yīng)的界面特性和場效應(yīng)非常敏感，合適的發(fā)射區(qū)摻雜分布和優(yōu)異的背表面鈍化有助于提升IBC電池性能，提高電池轉(zhuǎn)換效率，因此，IBC晶硅太陽能電池研究的重點在于優(yōu)化背面摻雜區(qū)和金屬電極圖形結(jié)構(gòu)、調(diào)控界面特性以及降低生產(chǎn)成本。
針對此問題，中國科學(xué)院上海高等研究院李東棟研究員課題組利用數(shù)值計算方法對IBC晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化研究，他們著重研究了電池器件中的多種能量損失途徑，系統(tǒng)分析了硅片厚度，電池背面發(fā)射區(qū)、隔離區(qū)和背表面場的面積比以及發(fā)射區(qū)金屬接觸的分布和線寬對電池性能的影響，為IBC高效電池的制備提供參考借鑒意義。具體研究成果發(fā)表在《激光與光電子學(xué)進展》 第八期 。
研究中采用的太陽能電池結(jié)構(gòu)如下圖所示。該研究通過對電池內(nèi)部自由能損失的類型和程度進行定量分析，闡明了復(fù)合損失、電阻損失等能量損失對電池性能的影響，發(fā)現(xiàn)其中體電阻損失和接觸復(fù)合損失在電池總損失中占比較大，為高效晶硅太陽能電池的設(shè)計和制備提供有益的參考。
（a）IBC電池一個周期的三維結(jié)構(gòu)示意圖（b）Si襯底與背面鈍化層之間界面的剖面圖
研究人員表示，繼續(xù)減小金屬/介質(zhì)的接觸面積有助于進一步提高電池轉(zhuǎn)換效率，因此后續(xù)研究將著重于在電池背面采用點狀摻雜與點狀電極接觸的方式來降低接觸復(fù)合損失，以期獲得更高的效率。
論文信息:
胡凡 , 曹雙迎 , 殷敏 , 陳小源 , 李東棟 . 叉指背接觸晶硅太陽電池背面摻雜區(qū)和金屬電極圖形結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 [J]. 激光與光電子學(xué)進展 , 2017, 54(8): 080401
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