打破效率极限！IBC电池有望实现29.1%

2022-02-21 10:02

??德国哈梅林太阳能研究所ISFH的科学家设计了一种集成光子晶体的多晶硅氧化物（POLO）叉指背接触（IBC）太阳能电池，发现这种架构有可能达到 28％以上的功率转换效率，比科学界认为的效率极限还高，并且发现，通过改进钝化，效率还可以提高到 29．1％。

IBC（Interdigitated back contact）电池出现于20世纪70年代，是最早研究的背结电池，最初主要应用于聚光系统中，后因聚光光伏不被行业看好而逐渐失去关注，但美国SunPower和德国哈梅林太阳能研究所一直在继续IBC电池的研究。天合光能光伏科学与技术国家重点实验室也曾经取得23．5％的光电转换效率并15次打破IBC电池的世界纪录。

IBC电池最大的特点是PN结和金属接触都处于电池的背面，正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流Jsc，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻Rs从而提高填充因子FF；加上电池前表面场（FrontSurfaceField，FSF）以及良好钝化作用带来的开路电压增益，使得这种正面无遮挡的电池就拥有了高转换效率。

随着设备成本的下降和工艺的成熟，IBC电池慢慢形成了三大工艺路线：1）以SunPower为代表的经典IBC电池工艺；2）以ISFH为代表的POLO－IBC电池工艺；3）以Kaneka为代表的HBC电池工艺（IBC－SHJ）。

此次德国ISFH的研究人员就是通过一系列数值模拟，评估光子晶体如何提高IBC太阳能电池的效率。该太阳能电池基于钝化的电子选择性n ＋型氧化物上多晶硅（POLO ）结的负触点，电池和正极触点处的空穴选择性 p ＋型 POLO 结。

研究人员认为，光子晶体是周期性介电结构，非常适合光伏中的光捕获应用，因为它们具有禁止特定频率范围的光传播的带隙，会增加光子路径长度，尤其是对于高波长。麦克斯韦方程和光子晶体已经商业化用于其他应用，研究人员尝试在光伏电池上应用，并计划通过实验研究角度依赖性和光谱变化的影响等问题。

假设模拟电池依赖于 150 μ m的标准硅片厚度，科学家发现在正常入射光下可以实现超过 28％的效率。通过由氧化铝和氮化硅（Al2O3／SiNx／Al2O3）制成的背面介电层堆叠来改进POLO结的氢化工艺，还可以进一步提高相同标准厚度下器件的效率，有可能达到高达 29．1％的效率。

研究人员还期待开发一种工业上可行且廉价的方法，即使在锯切损坏的蚀刻表面上也能制造光子晶体，在太阳能电池正面应用的目标尺寸约为 1－3 微米，通常光子晶体是采用光刻技术来实现，但研究人员希望找到对光伏来说足够便宜的技术来实现。

至于基于光子晶体的太阳能电池的成本，将与高效优质电池相同，但其成本远高于标准 PERC 模块，业内更看好低成本的同源技术TBC电池工艺（TOPCon－IBC）。但研究人员希望能通过新技术来降低成本，比如新兴的廉价金属化方案。

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