太陽(yáng)能是未來(lái)最清潔、安全和可靠的能源，太陽(yáng)能電池通過(guò)利用光伏效應(yīng)可將太陽(yáng)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(guó)廣泛重視。
晶體硅太陽(yáng)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(yáng)能電池市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)地位，被廣泛應(yīng)用到地面電站、建筑光伏等領(lǐng)域。如美國(guó)蘋(píng)果公司的總部大樓就大量融入了晶體硅太陽(yáng)能電池面板（下圖），不僅每年可提供蘋(píng)果公司約7個(gè)月的工作用電，還烘托出建筑所具有的獨(dú)特科技美感。
大量采用晶體硅太陽(yáng)能電池面板的蘋(píng)果新總部Campus 2（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
叉指背接觸（Interdigitated Back Contact，IBC）晶硅太陽(yáng)能電池作為一種高效太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.2%，接近單晶太陽(yáng)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(shí)由于電池正面無(wú)金屬柵線，給人獨(dú)特的美感，是下一代晶體硅太陽(yáng)能電池的重要的發(fā)展方向。
但是，IBC電池對(duì)背部摻雜和電極以及對(duì)應(yīng)的界面特性和場(chǎng)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(yáng)能電池研究的重點(diǎn)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(duì)此問(wèn)題，中國(guó)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(jì)算方法對(duì)IBC晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)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(chǎng)的面積比以及發(fā)射區(qū)金屬接觸的分布和線寬對(duì)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(jìn)展》 第八期 。
研究中采用的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)如下圖所示。該研究通過(guò)對(duì)電池內(nèi)部自由能損失的類(lèi)型和程度進(jìn)行定量分析，闡明了復(fù)合損失、電阻損失等能量損失對(duì)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(yáng)能電池的設(shè)計(jì)和制備提供有益的參考。
（a）IBC電池一個(gè)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(jìn)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(diǎn)狀摻雜與點(diǎn)狀電極接觸的方式來(lái)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(yáng)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(jìn)展 , 2017, 54(8): 080401
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