IBC硅太陽(yáng)能電池，如異質(zhì)結(jié)IBC（HJ-IBC）和多晶硅氧化物太陽(yáng)能電池，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高效的光電轉(zhuǎn)換效率。這些高效太陽(yáng)能電池的制造過程復(fù)雜且成本高，限制了它們?cè)谑袌?chǎng)上的應(yīng)用，結(jié)合了混合擴(kuò)散和TOPCon技術(shù)，以降低制造復(fù)雜性。TCAD模擬是預(yù)測(cè)和優(yōu)化IBC太陽(yáng)能電池性能的有力工具，而EQE測(cè)試則提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段。通過結(jié)合這兩種方法，研究人員可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和改進(jìn)電池性能。

IBC太陽(yáng)能電池的模型和參數(shù)

模擬的IBC太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)

展示了IBC太陽(yáng)能電池的橫截面視圖，包括電池的各個(gè)層和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。該結(jié)構(gòu)可能包括基底、發(fā)射極、隧道氧化物層、多晶硅層、以及前后表面的接觸區(qū)域。

用于光學(xué)生成的隨機(jī)金字塔(顏色條表示摻雜水平)

這種紋理用于模擬太陽(yáng)能電池表面的光散射特性，以提高光的捕獲率和電池的光電轉(zhuǎn)換效率，這種設(shè)計(jì)對(duì)于提高電池的光吸收和光電轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。通過模擬這些紋理對(duì)光吸收的影響，研究人員可以優(yōu)化電池設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更高的性能。

模擬的驗(yàn)證方法

光學(xué)生成剖面：利用轉(zhuǎn)移矩陣法(TMM)來構(gòu)建紋理硅中不同深度的光學(xué)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。這種方法可以通過計(jì)算波長(zhǎng)和折射率的關(guān)系來確定透射率和反射率。然后，可以通過吸收劑的吸收系數(shù)來計(jì)算光學(xué)產(chǎn)生率。遷移率模型：摻雜依賴性，遷移率值依賴于摻雜濃度。在半導(dǎo)體中，載流子（電子和空穴）的遷移率會(huì)隨著摻雜水平的變化而變化，影響電池的電導(dǎo)。

復(fù)合模型：采用了經(jīng)典的SRH復(fù)合理論，俄歇復(fù)合是我們?cè)诨诠璧哪Ｐ椭斜仨氁氲牧硪环N理論，因?yàn)樗诟邼舛葏^(qū)域或高注入條件下會(huì)占主導(dǎo)地位。

隧穿模型：該模型側(cè)重于處理隧道氧化層。在這一層中，我們需要引入薛定諤方程來解決隧道問題。

陷阱模型：表面陷阱態(tài)，在太陽(yáng)能電池的前表面添加接受型表面陷阱態(tài)。陷阱態(tài)可以捕獲和釋放載流子，影響電池的復(fù)合和效率。在模擬中，陷阱密度的選擇對(duì)電池性能有顯著影響。

模擬J-V驗(yàn)證

實(shí)際與模擬的IV曲線

模擬的J-V曲線與實(shí)際J-V曲線完美對(duì)應(yīng)，參數(shù)偏差低于1%。這種高度的一致性表明模擬模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)設(shè)備的行為，為進(jìn)一步的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了可靠的基礎(chǔ)。

模擬EQE驗(yàn)證

實(shí)際與模擬的EQE曲線

EQE曲線在某些區(qū)域，尤其是在紅外區(qū)域，存在一些偏差。這種偏差可能是由于模擬方法中對(duì)AM1.5G光譜的處理方式導(dǎo)致的，模擬中使用了單一波長(zhǎng)的光譜來獲得光學(xué)生成剖面，而實(shí)際的AM1.5G光譜是連續(xù)的。

EQE曲線通常在400nm到1100nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)范圍覆蓋了太陽(yáng)光的主要光譜。在這個(gè)范圍內(nèi)，曲線的形狀可以揭示電池對(duì)不同顏色光的響應(yīng)能力。

多晶硅優(yōu)化模擬

通過模擬確定最佳的多晶硅層厚度和摻雜濃度，以最大化太陽(yáng)能電池的效率。多晶硅層在IBC太陽(yáng)能電池中通常作為選擇性接觸，其性能直接影響電池的開路電壓（Voc）、短路電流（Jsc）、填充因子（FF）和整體效率。

不同摻雜濃度和厚度的多晶硅層的模擬結(jié)果

模擬中考慮了從50nm到300nm的不同多晶硅層厚度；探索了從1e18 cm-3到5e19 cm-3的不同摻雜濃度。

Jsc：Jsc值因多晶硅層的干涉效應(yīng)而呈現(xiàn)周期性變化。

Voc：高摻雜濃度有利于提高Voc，因?yàn)楦蟮哪軒澢碗妼?dǎo)性。

FF：高摻雜濃度也有助于提高FF，因?yàn)樗鼈兛梢詼p少接觸電阻和提高電池的電導(dǎo)性。

效率：效率隨著多晶硅層厚度的不同而有小幅度的周期性變化。

背接觸比優(yōu)化模擬

通過模擬確定最佳的陽(yáng)極和陰極寬度比，以最大化太陽(yáng)能電池的效率。背接觸比率直接影響電池的電流收集和整體性能。

不同比例的陽(yáng)極和陰極在不同多晶硅摻雜濃度下的模擬效率

陽(yáng)極/陰極比率：模擬中考慮了不同的陽(yáng)極和陰極寬度比。

總間距：模擬中假設(shè)總間距為1100微米，陽(yáng)極寬度從100微米變化到800微米，陰極寬度相應(yīng)減少。

不同陽(yáng)極寬度和固定間隙寬度條件下的模擬結(jié)果

Jsc：隨著陽(yáng)極寬度的增加，Jsc增加，因?yàn)楦嗟纳贁?shù)載流子被陽(yáng)極收集。

Voc：Voc有輕微的下降趨勢(shì)，盡管這并不顯著影響整體效率。

FF：在某些情況下，當(dāng)陽(yáng)極寬度非常大時(shí)，F(xiàn)F會(huì)突然下降，這表明陰極寬度過小會(huì)導(dǎo)致電池性能下降。

激光接觸開口偏差模擬

評(píng)估激光切割接觸孔時(shí)的偏差對(duì)IBC太陽(yáng)能電池性能的影響。確定可接受的偏差范圍，以保持電池性能在可接受的效率損失范圍內(nèi)。

模擬激光觸點(diǎn)開啟偏差的效率

效率下降：當(dāng)激光接觸開口出現(xiàn)微小的偏差時(shí)，電池效率會(huì)迅速下降。特別是偏差超過5μm后，效率下降速率逐漸減緩，直至陰極和摻雜區(qū)域完全錯(cuò)位。

可接受的偏差范圍：如果激光開口偏差能控制在100μm以下，效率下降將低于0.5%。

高效TBC太陽(yáng)能電池的制備

選擇P/N比為2:1和100um的間隙進(jìn)行電池制備，并應(yīng)用TOPCon技術(shù)，制備出的TBC電池效率為20.3%

TBC 太陽(yáng)能電池的電特性

實(shí)際制造的TBC太陽(yáng)能電池的電學(xué)特性，包括開路電壓（Voc）、短路電流（Jsc）、填充因子（FF）和光電轉(zhuǎn)換效率（η），提供的數(shù)據(jù)可以作為質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，確保后續(xù)生產(chǎn)的電池達(dá)到或超過這些性能指標(biāo)。

通過TCAD模擬優(yōu)化IBC太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)對(duì)于提高EQE檢測(cè)設(shè)備性能的重要性，同時(shí)也指出了制造過程中精度控制對(duì)于確保QE檢測(cè)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵作用。

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