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德國(guó)哈梅林太陽能研究所ISFH的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種集成光子晶體的多晶硅氧化物 (POLO) 叉指背接觸 (IBC) 太陽能電池，發(fā)現(xiàn)這種架構(gòu)有可能達(dá)到 28% 以上的功率轉(zhuǎn)換效率，比科學(xué)界認(rèn)為的效率極限還高，并且發(fā)現(xiàn)，通過改進(jìn)鈍化，效率還可以提高到 29.1%。

IBC(Interdigitated back contact)電池出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，是最早研究的背結(jié)電池，最初主要應(yīng)用于聚光系統(tǒng)中，后因聚光光伏不被行業(yè)看好而逐漸失去關(guān)注，但美國(guó)SunPower和德國(guó)哈梅林太陽能研究所一直在繼續(xù)IBC電池的研究。天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也曾經(jīng)取得23.5%的光電轉(zhuǎn)換效率并15次打破IBC電池的世界紀(jì)錄。

IBC電池最大的特點(diǎn)是PN結(jié)和金屬接觸都處于電池的背面，正面沒有金屬電極遮擋的影響，因此具有更高的短路電流Jsc，同時(shí)背面可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯(lián)電阻Rs從而提高填充因子FF；加上電池前表面場(chǎng)（FrontSurfaceField,FSF）以及良好鈍化作用帶來的開路電壓增益，使得這種正面無遮擋的電池就擁有了高轉(zhuǎn)換效率。

隨著設(shè)備成本的下降和工藝的成熟，IBC電池慢慢形成了三大工藝路線：1）以SunPower為代表的經(jīng)典IBC電池工藝；2）以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝；3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-SHJ）。

此次德國(guó)ISFH的研究人員就是通過一系列數(shù)值模擬，評(píng)估光子晶體如何提高IBC太陽能電池的效率。該太陽能電池基于鈍化的電子選擇性n +型氧化物上多晶硅 (POLO ) 結(jié)的負(fù)觸點(diǎn)，電池和正極觸點(diǎn)處的空穴選擇性 p +型 POLO 結(jié)。

研究人員認(rèn)為，光子晶體是周期性介電結(jié)構(gòu)，非常適合光伏中的光捕獲應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂薪固囟l率范圍的光傳播的帶隙，會(huì)增加光子路徑長(zhǎng)度，尤其是對(duì)于高波長(zhǎng)。麥克斯韋方程和光子晶體已經(jīng)商業(yè)化用于其他應(yīng)用，研究人員嘗試在光伏電池上應(yīng)用，并計(jì)劃通過實(shí)驗(yàn)研究角度依賴性和光譜變化的影響等問題。

假設(shè)模擬電池依賴于 150 μ m的標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在正常入射光下可以實(shí)現(xiàn)超過 28% 的效率。通過由氧化鋁和氮化硅 (Al2O3/SiNx/Al2O3) 制成的背面介電層堆疊來改進(jìn)POLO結(jié)的氫化工藝，還可以進(jìn)一步提高相同標(biāo)準(zhǔn)厚度下器件的效率，有可能達(dá)到高達(dá) 29.1% 的效率。

研究人員還期待開發(fā)一種工業(yè)上可行且廉價(jià)的方法，即使在鋸切損壞的蝕刻表面上也能制造光子晶體，在太陽能電池正面應(yīng)用的目標(biāo)尺寸約為 1-3 微米，通常光子晶體是采用光刻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，但研究人員希望找到對(duì)光伏來說足夠便宜的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

至于基于光子晶體的太陽能電池的成本，將與高效優(yōu)質(zhì)電池相同，但其成本遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn) PERC 模塊，業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術(shù)TBC電池工藝（TOPCon-IBC）。但研究人員希望能通過新技術(shù)來降低成本，比如新興的廉價(jià)金屬化方案。

原標(biāo)題：打破效率極限，IBC電池有望實(shí)現(xiàn)29.1%