背接觸（BC）太陽能電池因其在短路電流密度（JSC）和功率轉換效率（PCE）方面的高上限而受到關注。結合硅異質結（SHJ）、隧道氧化層鈍化接觸（TOPCon）和鈣鈦礦技術可以進一步擴展其效率優勢。LONGi公司使用異質結背接觸（HBC）技術實現了27.30%的世界紀錄效率。本研究運用簡化復合模型展開模擬分析，對異質結背接觸（HBC）太陽能電池的周長復合予以重新界定。最先進的HBC太陽能電池

HBC太陽能電池的結構和電氣性能與復合參數的關系

HBC 太陽能電池的結構：包括前窗口、HSC、ESC、Gap 等區域。

HSC/Gap邊界的橫截面SEM圖像，呈現出該邊界處的結構特征，直觀展示了由于制備工藝導致的結構變化。通過模擬得到的PCE（功率轉換效率）、pFF（偽填充因子）和VOC（開路電壓）作為兩個復合參數（J01和J02）的函數。白色虛線表示在固定J01 = 1 fA?cm?2時，每個參數對J02的依賴性。J02在優異表面鈍化狀態下對電氣性能的顯著影響，并且隨著J02的降低，PCE、pFF和VOC逐漸飽和。創新表征方法的開發

一種測量HBC太陽能電池不同區域重組值的新方法

邊界模式中各種子樣本的面積和周長值的匯總

單元結構示意圖：n型c-Si作為基底，HSC（空穴選擇性接觸）和Gap區域交替排列在前側，分別具有面積SHSC和SGap，以及兩個區域之間的邊界周長LBound。整個背面準備了歐姆接觸結構以便于電流收集。

區域劃分：單元結構被劃分為三個區域，即區域I（HSC/Gap邊界）、區域II（HSC區域）和區域III（Gap區域），分別對應不同的復合電流IBound.、IHSC和IGap。

創新測試結構呈現：由9個子樣本組成的創新測試結構，這些子樣本排列成3列，標記為1至9。隨著子樣本編號的增加，總面積基本不變，但邊界周長逐漸減小。

光學圖像：展示了不同子樣本的HSC區域與Gap區域的排列和邊界周長的變化。

激光消融圖案化：通過激光消融在兩種模式下（單次模式和重疊模式）實現恒定面積和不同邊界周長的變化，使用脈沖綠皮秒激光進行消融圖案化，光斑大小約為110×110 μm2，可以手動控制重疊寬度，實驗中設置為5 μm。HBC太陽能電池和復合測試樣本的制造流程

所有 HBC 太陽能電池和復合測試樣品均在LONGi特定規格（電阻率、厚度、晶向）的n型 M6 直拉單晶硅片上制備。HBC太陽能電池的主要制造流程包括11個步驟，涉及化學氣相沉積（3步）、物理氣相沉積（1步）、濕化學清洗（3步）、激光圖案化（3步）和絲網印刷（1步）。

復合測試樣本與HBC太陽能電池的制造流程一致：

首先，在雙面拋光晶片的一側沉積ESC和掩膜層；

其次，使用綠皮秒激光形成Boundary pattern，從交替的HSC區域移除掩膜層，并通過濕化學清洗過程蝕刻其他層，最終在Gap區域留下i/n-a-Si:H/SiNx堆疊層，同時暴露HSC區域的硅表面；

第三，沉積HSC和圖案化的透明導電氧化物（TCO）層，接著進行絲網印刷、退火和光浸泡處理。HBC太陽能電池的周界復合

HBC太陽能電池周界復合的分析結果

不同區域實驗與模擬結果相結合的主要參數總結

暗I-V曲線特征：展示了樣本 1（基線工藝）和樣本 2（工藝調整后的 HSC/Gap 邊界）的半對數暗I-V曲線。在中電壓區域（0.4 - 0.6V），電流值隨邊界周長增加而不斷上升，這一趨勢表明邊界周長對電流傳輸有著顯著影響，暗示周長復合在該區域的重要性。

J02值作為周長/面積比關系：隨著周長 / 面積比的增加，J02值也相應增大。

樣本截距與斜率分析：樣本 1 和樣本 2 的截距基本接近 0，這意味著在這兩個樣本中，HSC 區域復合電流密度和 Gap 區域泄漏電流密度相對較小，對整體復合電流的貢獻有限。

電池制備與性能測量：按照樣本 1 和樣本 2 的工藝分別制備了兩批 HBC 太陽能電池（Batch A 和 Batch B），并對其光電性能進行了測量。

進一步證實了該創新方法能夠準確地反映周長復合對電池性能的影響。實驗數據與理論模型的一致性充分證明了該方法的準確性和可靠性，強調了控制周長復合以提升電池性能的重要性。HBC太陽能電池的結復合

HBC太陽能電池結復合的分析結果

暗I-V曲線特征與周長相關性：樣本3和樣本4的半對數暗I-V曲線,這些曲線顯示了在中等電壓區域（0.4-0.6 V）的電流值隨著邊界周長的增加而增加，與之前周界復合的觀察結果相似。

斜率相同的意義：樣本3和樣本4的J0m值與周長/面積比關系曲線中，兩者斜率基本相同（2.0-2.2nA?cm?1 ），這意味著在HSC/Gap邊界結構方面，它們的周長復合性質相似，表明在這一結構特征上兩者具有一致性。

表面殘留物的直觀展示：光學圖像清晰地展示了樣本3和樣本4的HSC區域表面形態，樣本4中明顯存在更多的殘留物。

樣本4中HSC區域殘留物的高分辨率SEM圖像，這個圖像揭示了殘留物的微觀結構，這些殘留物可能是ESC和掩膜層，由于激光功率和形狀控制的不均勻性導致。HBC太陽能電池的漏電流復合

HBC太陽能電池漏電流復合的分析結果

Gap pattern的結構示意圖：由多個不同直徑的圓盤組成，圓盤正面為特定的層結構，背面為歐姆接觸結構，且圓盤周邊是完全絕緣的。這一結構設計用于監測 Gap 區域的泄漏電流。

暗I-V曲線：樣本 6 在正向和反向偏壓下均處于高電流狀態，與樣本 5 形成鮮明對比，表明樣本 6 存在較大的泄漏電流。這一差異可能源于Gap區域絕緣層失效或圓盤周邊導電層重疊等問題。

邊界圖案與 Gap 圖案對比：將采用與樣本 6 相同工藝制備的邊界圖案的半對數暗I-V曲線與 Gap 圖案的曲線進行對比，發現在中電壓區域，Gap 圖案的泄漏電流完全主導，與常規 HBC 太陽能電池的預期行為有很大差異。

電池性能下降分析：基于樣本5和樣本6的工藝制備了兩批HBC太陽能電池（Batch C 和 Batch D），其光電性能測量結果顯示，PCE從 26.17% 平均下降到 25.51%（下降了 0.66% abs），主要是由于Rsh顯著降低導致pFF從 86.13%下降到 84.10%，而其他參數受影響較小。

本文的研究不僅揭示了HSC區域結復合的復雜性，而且還識別了Gap區域漏電流復合的風險，這對于太陽能電池的穩定性和安全性至關重要。強調了在太陽能電池制造過程中對周界復合和漏電流復合進行優化的必要性，這對于推動BC太陽能電池技術的發展和實現更高效率的太陽能轉換具有重要意義。美能3D共聚焦顯微鏡

美能3D共聚焦顯微鏡ME-PT3000，運用尖端的光學技術，可以非常精確地測量光伏電池片上的陡峭斜面和復雜的表面結構，實時提供詳盡的高度和寬度分布數據。

• 精確可靠的3D測量，實現實時共聚焦顯微圖像

• 超高共聚焦鏡頭，Z軸顯示分辨率可達1nm

• 198-39966倍最大綜合倍率，精確測量亞微米級形貌

全自動光柵絨面測量，快速生成數據

美能3D共聚焦顯微鏡的集成為我們提供了深入洞察HBC太陽能電池微觀結構和表面特性的能力。通過這種高精度的成像技術，我們能夠精確測量和分析電池的柵線輪廓、絨面結構以及潛在的缺陷，這些都是影響電池性能的關鍵因素。

原文出處：Accurately quantifying the recombination pathways unique in back contact solar cells；https://doi. org/10.1016/j.solmat.2024.113277

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。