Nature Energy:再创新高！认证效率高达24%

高度透明钝化触点(TPC)作为晶体硅(c-Si)太阳能电池的前端触点，在理论上可以结合高导电性、优异的表面钝化和高光学透明度。然而，同时优化这些特性仍然具有挑战性。

目前，大多数晶体硅(c-Si)太阳能电池的效率受到扩散发射区和金属电极与硅吸收体接触处复合的限制，避免扩散发射极区域和直接金属吸收接触(通常称为钝化接触)的器件设计是进一步提高效率的关键因素。到目前为止，已经开发出了三个概念，使晶体硅太阳能电池在没有扩散发射器的情况下形成结。这些概念是:基于本征和掺杂非晶硅的硅异质结(SHJ)；所谓的TOPCon或POLO概念使用硅氧化物和多晶硅(SiO₂/poly-Si)的组合和使用金属氧化物/氮化物/氟化物如MoOx、TiN或LiF。

虽然这些方法可以实现较高的效率，但它们也有相当大的缺点。例如，MoOx与固有氢化非晶硅(a-Si:H)相结合的实现使太阳能电池的效率>23.5%。由于本征a-Si:H层的大量寄生吸收，短路电流密度(Jsc)限制了效率。到目前为止，另外两个概念已经实现了>25%的效率。

然而，由于a-Si:H和poly-Si的低带隙和可观的吸收系数，与其他厚度相同但带隙更高的纳米晶硅/硅合金相比，这些层会造成更强的寄生吸收损失。在多晶硅的情况下，这些光学损失是如此严重，以至于这种接触的应用到目前为止仅限于c-Si太阳能电池的背面。

德国于利希研究中心Kaining Ding/ Kaifu Qiu/Manuel Pomaska/Malte Köhler等人在Nature Energy发表了研究的最新成果，在这里，作者提出了一种TPC，由一个硅-氧化物隧道层，然后在不同温度沉积的两层氢化纳米碳化硅(nc-SiC:H(n))和一个溅射的铟锡氧化物(ITO)层(c-Si(n)/SiO₂/nc-SiC:H(n)/ITO)组成。虽然nc-SiC:H(n)的宽频带隙保证了高的光学透明度，但双层设计使其具有良好的钝化和高电导率，提高了短路电流密度(40.87 mA cm⁻²)，填充因子(80.9%)和认证效率(23.99±0.29%)。此外，这种接触避免了额外的加氢或高温沉积后退火步骤。作者研究了TPC的钝化机理和工作原理，并提供了基于数值模拟的损耗分析，概述了转换效率达到26%的途径。

图文详情

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图1. TPC概念的由来

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图2. TPC的选择性

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图3. TPC的钝化机制和工作原理

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图4. TPC太阳能电池的演变

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图5. 优化后的TPC太阳能电池光损耗分析

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图6. 优化后的TPC太阳能电池的填充因子损失分析

链接

Köhler, M., Pomaska, M., Procel, P. et al. A silicon carbide-based highly transparent passivating contact for crystalline silicon solar cells approaching efficiencies of 24%. Nat Energy (2021).

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00806-9

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