叉指背接觸（IBC）晶體硅太陽能電池因其高短路電流（Jsc）和理論效率接近29.4%的潛力，成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)通過將正負(fù)電極移至背面，避免了傳統(tǒng)前接觸電池的金屬遮擋問題，同時(shí)提升了光捕獲能力和載流子收集效率。然而，IBC電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用受限于復(fù)雜制造工藝（如背接觸對(duì)準(zhǔn)精度）及背面復(fù)合損失等問題。現(xiàn)有研究多聚焦于發(fā)射極寬度或接觸類型優(yōu)化，但對(duì)硅片參數(shù)（如厚度、電阻率、體壽命）與幾何設(shè)計(jì)（如面積占比）的系統(tǒng)性協(xié)同研究仍不足。本研究基于Quokka3模擬平臺(tái)，結(jié)合美能QE量子效率測(cè)試儀對(duì)光譜響應(yīng)的精準(zhǔn)量化能力，深入分析關(guān)鍵參數(shù)對(duì)IBC電池性能的影響，提出優(yōu)化方案以提升效率至26.64%，為實(shí)驗(yàn)制備提供理論指導(dǎo)。

IBC太陽能結(jié)構(gòu)的模型示意圖

硅片參數(shù)優(yōu)化

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a) 硅片電阻率與厚度對(duì)效率的影響；b) 體壽命與厚度對(duì)效率的影響

硅片厚度、電阻率與體壽命是決定IBC電池性能的核心參數(shù)。通過三維模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅片厚度從80 μm增至200 μm時(shí)，效率提升顯著。結(jié)合電阻率1 Ω·cm與體壽命≥10 ms的條件，效率可達(dá)24.85%。進(jìn)一步優(yōu)化表明，體壽命延長(zhǎng)至10 ms以上可有效抑制基底復(fù)合，提升開路電壓（Voc）與填充因子（FF）。此外，硅片電阻率過低（＜1 Ω·cm）會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻增加，而過高（＞2 Ω·cm）則限制載流子濃度，因此1 Ω·cm為最優(yōu)選擇。

表面鈍化技術(shù)影響

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前/后表面J0對(duì)a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影響

前/后表面鈍化質(zhì)量直接影響Voc與Jsc。模擬顯示，當(dāng)前后表面復(fù)合電流密度（J0）從50 fA·cm?2降至1 fA·cm?2時(shí)，Voc提升約25.4 mV，效率增加1.91%。此結(jié)果表明，采用高質(zhì)量鈍化層（如原子層沉積Al2O3）可顯著降低表面復(fù)合損失。值得注意的是，后表面鈍化需兼顧均勻性與厚度，過厚鈍化層可能導(dǎo)致寄生吸收損失。

背面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電阻率優(yōu)化

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硼發(fā)射極背面a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η隨電阻率與J0的變化

磷擴(kuò)散背面a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η隨電阻率與J0的變化

背面硼發(fā)射極與磷擴(kuò)散BSF的電阻率（Rsheet）和復(fù)合速率（J0）對(duì)性能至關(guān)重要。模擬表明，硼發(fā)射極Rsheet=100 Ω/□、J0=1 fA·cm?2時(shí)，效率達(dá)26.05%；而磷擴(kuò)散BSF在Rsheet=50 Ω/□、J0=1 fA·cm?2時(shí)，效率進(jìn)一步提升至26.25%。條狀接觸結(jié)構(gòu)因橫向?qū)щ娦詢?yōu)于點(diǎn)狀接觸，可降低串聯(lián)電阻并提升FF。此外，發(fā)射極與BSF間需保持適當(dāng)間隙以避免隧道結(jié)效應(yīng)導(dǎo)致的低偏壓穿透風(fēng)險(xiǎn)。

面積占比與復(fù)合控制

硼發(fā)射極面積占比與J0對(duì)a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影響

磷擴(kuò)散面積占比與J0對(duì)a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影響

硼發(fā)射極面積占比增加可提升Jsc，但需控制J0＜10 fA·cm?2以抑制復(fù)合損失。模擬顯示，發(fā)射極占比70%時(shí)效率最優(yōu)。對(duì)于磷擴(kuò)散BSF，面積占比超過10%會(huì)導(dǎo)致Voc下降，因此建議BSF面積≤30%并優(yōu)化J0＜1 fA·cm?2。此外，間隙區(qū)域需最小化以減少陰影損失，同時(shí)避免發(fā)射極與BSF直接接觸引發(fā)隧道效應(yīng)。本研究通過Quokka3模擬明確了IBC電池高效化的關(guān)鍵參數(shù)：硅片厚度200 μm、電阻率1 Ω·cm、體壽命≥10 ms、發(fā)射極占比70%、前后表面J0≤1 fA·cm?2。在此條件下，理論效率達(dá)26.64%（Voc=737.9 mV, Jsc=42.06 mA/cm2, FF=85.85%）。研究為IBC電池設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，未來可結(jié)合新型鈍化材料（如超薄SiCx:H）與激光摻雜技術(shù)進(jìn)一步降低復(fù)合損失，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

美能QE量子效率測(cè)試儀

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美能QE量子效率測(cè)試儀可以用來測(cè)量太陽能電池的光譜響應(yīng)，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測(cè)量范圍、測(cè)試的準(zhǔn)確性和可追溯性等優(yōu)勢(shì)。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測(cè)試需求

光譜范圍可達(dá)300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)?/span>雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

美能QE量子效率測(cè)試儀可精準(zhǔn)驗(yàn)證優(yōu)化后電池的Jsc提升與光譜響應(yīng)特性，為實(shí)驗(yàn)參數(shù)校準(zhǔn)提供關(guān)鍵支撐。也為IBC電池設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

原文參考：Systematic Modeling and Optimization for High-Efficiency Interdigitated Back-Contact Crystalline Silicon Solar Cells

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