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          打破效率极限!IBC电池有望实现29.1%

          2022-02-21 10:02
          全球光伏
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          ??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。

          《全球光伏》原创No.2222,转载请联系授权

                 原文标题 : 打破效率极限,IBC电池有望实现29.1%

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