光伏產業的高效可持續發展需同步提升電池效率與美觀性。背接觸（BC）硅太陽能電池憑借無前柵線結構，兼具高理論效率（29.2%）和美學優勢，但低雙面率（<80%）制約其規模化應用。

本研究提出雙面光管理策略：在隧穿氧化層鈍化背接觸（TBC）電池受光面構建分級微米/亞微米金字塔（HMS），背間隙區形成納米拋光表面（NPS）。美能QE量子效率測試儀可以準確量化不同表面結構（如HMS減反射層和NPS光陷阱）的光譜響應特性。成功實現350 cm2商用尺寸單結硅電池27.03%總面積效率（認證數據），雙面率突破>80%，為BC技術產業化掃除關鍵障礙。

效率紀錄與結構創新

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TBC太陽能電池結構與性能；a：電池結構示意圖；b：350 cm2電池I-V/P-V曲線；c：不同織構工藝對比；d：量產電池效率分布e：J?c、V?c、FF統計值

創紀錄電池的I-V/P-V曲線，核心參數：

短路電流密度（Jsc）：42.32 mA/cm2（較文獻值提升顯著）

開路電壓（Voc）：744.7 mV

填充因子（FF）：85.77%

該效率突破得益于HMNS協同結構（HMS前表面 + NPS背間隙區）：

量產統計（130μm硅片）：HMNS平均效率達26.49%，較常規微織構（CMS）提升0.24%

電流增益主導：HMNS的Jsc提升0.38 mA/cm2，驗證光管理有效性

HMS前表面減反射機制

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HMS表面減反射機制；a-b：CMS與HMS金字塔SEM圖像；c：HMS表面形成機理；d：反射光譜；e-f：CMS與HMS電池光學損失分析；

階梯狀亞微米結構通過溫和堿蝕形成：

反射率降至13.47%（CMS：17.24%），主因基角增大（52°→60°）與亞微結構散射增強

光學損失分析：反射損失降低0.42 mA/cm2，EQE積分Jsc增至41.80 mA/cm2

外觀優化：HMS表面呈均勻暗色，解決CMS多角度色差問題

NPS背間隙光陷阱設計

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NPS表面光限制機制；a：NPS形成機理；b：NPS表面SEM圖像；c：漸變折射率層等效原理；d-e：HMS與HMNS電池光學損失對比

納米球冠結構（30-250 nm） 通過鈣鹽添加劑選擇性拋光實現：

漸變折射率效應：等效介質理論減少硅-空氣界面光損失

光限制優勢：HMNS逃逸損失降至2.65 mA/cm2（CMS：2.71 mA/cm2）

鈍化協同：NPS表面復合電流密度（J?）僅0.18 fA/cm2，為CMS的1/4

鈍化與復合控制關鍵技術

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鈍化與復合分析；a：Al?O?厚度對鈍化效果影響；b：iVoc對比；c：載流子壽命；d：復合機制分解；e-f：CMS與NPS表面面積比及復合速度

Al?O?/SiN?堆疊優化：ALD循環>43次（厚度>6 nm）時，HMS鈍化效果媲美CMS

復合機制解析：NPS表面復合速率僅為CMS的1/3，歸因于平滑形貌與晶向優勢

載流子壽命提升：NPS在最大功率點（MPP）注入水平壽命延長15%

雙面率與效率協同優化

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雙面率與效率協同提升；a：雙面率模擬預測；b：效率極限預測；c：不同p/n區寬度電池效率統計；d：電學損失分析

p/n區寬度縮減實現雙面率突破：

實驗驗證：p/n=200μm時，雙面率達81.33%（模擬值81.85%）

效率增益：HMNS在p/n=200μm時效率提升0.15%，顯著高于CMS（0.05%）

根本原因：NPS降低間隙區復合損失，電學分析顯示表面復合減少40%

量產預測：HMNS電池理論效率達27.06%

本研究成功開發了一種雙面微納光管理策略，在350 cm2商用尺寸隧穿氧化層鈍化背接觸（TBC）單結硅太陽能電池上實現了27.03%的總面積效率世界紀錄（ISFH認證），同時將雙面率提升至81.33%。

該技術通過在前表面構建階梯狀亞微米金字塔結構（HMS），使平均反射率降至13.47%，短路電流密度提升至42.32 mA/cm2；在背間隙區設計納米球冠拋光表面（NPS），利用漸變折射率效應將光逃逸損失壓縮至2.65 mA/cm2；結合Al?O?/SiN?鈍化堆疊優化（>6 nm），使NPS區復合電流密度低至0.18 fA/cm2。

這項兼容TOPCon產線的技術創新，為突破單結硅電池28%效率極限提供了可量產的解決方案。

美能QE量子效率測試儀

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美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應偏低區域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優勢。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素燈雙光源結構，保證光源穩定性

美能QE量子效率測試儀通過測量 EQE（外量子效率）、IQE（內量子效率）、反射率及短路電流密度 等關鍵參數，可精準分析TBC電池的光譜響應特性，為優化背表面鈍化接觸（如TOPCon層）和光管理策略提供數據支撐。

原文參考：Total-area world-record efficiency of 27.03% for 350.0 cm2 commercial-sized singlejunction silicon solar cells

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