隆基綠能李振國、徐希翔&揚(yáng)州大學(xué)丁建寧《Nature》|通過激光圖案化實現(xiàn)的硅異質(zhì)結(jié)背接觸太陽能電池

本文介紹了一種利用激光技術(shù)制備高效背接觸硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的方法，實現(xiàn)了27.3%的效率，創(chuàng)下了新的紀(jì)錄。文章針對背接觸電池制備過程中存在的復(fù)雜性和效率損失問題，提出了三個關(guān)鍵工藝改進(jìn)：密集鈍化接觸、無激光損傷的激光刻蝕和通過優(yōu)化濕化學(xué)工藝控制刻蝕深度。此外，文章還探討了在太瓦規(guī)模下，如何減少對稀有銦和貴金屬銀的依賴，并展示了無銦和銀背接觸電池的制備，分別實現(xiàn)了26.5%和26.2%的效率。該方法為高效背接觸硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備提供了新的思路，并有望推動光伏技術(shù)在建筑和交通領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖1. HBC太陽能電池的發(fā)展。a. 最先進(jìn)的HBC太陽能電池配置。b. 接觸電阻率(pc)和復(fù)合電流密度(Jo)對效率模擬的影響。c. 電學(xué)陰影效應(yīng)：通過6個間距的線性光束誘導(dǎo)電流(lBIC)測量顯示，由于橫向空穴傳輸損失，N-接觸處的電流收集低于P-接觸處。紅色N和藍(lán)色P分別標(biāo)記N-接觸和P-接觸的周期性位置。還展示了一個間距內(nèi)的損失機(jī)制示意圖。d. P-接觸至N-接觸(P/N)比例和間距對效率模擬的影響。紅色五角星標(biāo)記了記錄電池的最優(yōu)P/N比例和間距組合。e. 由ISFH_CalTeC(哈梅林太陽能研究所，校準(zhǔn)和測試中心)認(rèn)證的記錄電池的電流-電壓(IV)和功率-電壓(PV)曲線。f. 記錄電池的EQE(在ISFH_CalTeC測量)和反射(內(nèi)部測量)曲線。

圖2. 用于HBC的致密鈍化N接觸。a. 三種抑制外延生長的方法。b. 相對反應(yīng)速率系數(shù)K*與不同溫度下的活化能之間的關(guān)系。藍(lán)色線表示Si-Si二聚體在較低極限的活化能。c. 經(jīng)過不同i0層鈍化的晶片的有效壽命。入口雷達(dá)圖定性比較了不同i0層在鈍化方面的性能。d. 報告工作和本研究中主要團(tuán)隊CVD溫度的總結(jié)9,10,19,29-34。e. 在190℃和240°C下制備的不同微結(jié)構(gòu)因子的i0層的FTIR光譜。展示了SH2和Si峰的高斯曲線擬合。f. 使用Cox和Strack方法(CSM，擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1)的接觸電阻率的線性擬合曲線。在圖2 c-f中顯示的結(jié)果中，i1總是被調(diào)整以與i0具有相同的R*。g. 不同i0層在激光通量下的i0/i1/i2堆疊鈍化有效壽命的進(jìn)展。

圖3. 激光圖案化過程。a. 激光束操作模式：單次射擊與重疊。激光射擊輪廓的高度代表了光斑處的能量強(qiáng)度。激光斑點(diǎn)在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行檢查。b. 隨著激光通量增加的P接觸溫度模擬。c. N接觸鈍化質(zhì)量的比較，通過5x10^15 cm^-3處的有效壽命指示，與模擬的i層溫度。點(diǎn)1和2表示有效壽命曲線上的第一和第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。d. 內(nèi)部測量的i:a-Si:H, n:a-Si:H, p:a-Si:H, SiNx(n=2.5)和ITO層的吸收系數(shù)，以及c-Si的參考。e. 在P2和P3期間，隨著SiNx厚度的變化，模擬i層溫度。f. P2激光通量后堆疊層內(nèi)的溫度分布。g. P3激光通量后堆疊層內(nèi)的溫度分布。

圖4. 太瓦級可持續(xù)性分析。a. PV年產(chǎn)量和關(guān)鍵材料年供應(yīng)量。b. 不同ITO厚度的HBC太陽能電池效率。c. 使用Ag電極和Cu電極金屬化的HBC太陽能電池效率。入口SEM圖像顯示了Cu電極的橫截面形態(tài)。d. HBC、SHJ、TOPCon和PERC的ESMRC圖表。e. 通過光刻(HBC-Photo)或激光P3(HBC-Laser)圖案化的HBC的ESMRC圖表。f. PERC、TOPCon、SHJ和HBC的工藝時間。標(biāo)記的是工藝中的最高溫度步驟。在b和c中，頂線、底線、盒內(nèi)的線和盒子分別代表最大值、最小值、中位數(shù)和25-75%的分布。