隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)太阳能电池具有高效率和良好的规模化制造兼容性,但工业级TOPCon电池距离其理论效率极限存在差距,制约了TOPCon技术的产业化升级。
近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所团队等,提出了双面电学协同优化的新策略,实现了工业级TOPCon太阳能电池性能的突破。团队在工业标准M10尺寸(313.3 cm2)硅片上,制备出经认证转换效率达26.66%的TOPCon太阳能电池,创下了744.6 mV的工业级TOPCon开路电压新高,填充因子达85.57%,双面率提升至88.3%,其Voc×FF/理论极限值达93.8%。
在器件正面结构优化方面,团队开发了430 Ω/sq的高方阻硼发射极,实现了低掺杂、浅结设计,提升了界面钝化质量,将少子寿命从0.70 ms提升至1.12 ms,饱和电流密度从~9 fA/cm2降至~5 fA/cm2,降低了载流子复合损失;通过精细化栅线设计,将栅线间距从常规的1120 μm缩窄至825 μm、宽度从20 μm缩减至10 μm,减少了载流子横向传输阻抗、提高了电流收集效率、降低了遮光损失与银浆耗量,实现了电压与电流的双重提升,为高效率输出提供了支撑。
在器件背面结构创新方面,团队构建了双层隧穿氧化层/多晶硅复合结构,内层~40 nm轻掺杂多晶硅负责界面钝化与银扩散阻挡,外层~60 nm重掺杂多晶硅作为导电层,能够阻断银原子从电极向硅基体的扩散,避免银颗粒形成的载流子复合中心,从而改善界面钝化性能;通过激光改性+湿法刻蚀工艺,对背面无电极覆盖区域的多晶硅层进行局部减薄,使电池背面约70%的区域仅保留内层多晶硅,降低了寄生吸收损失,提升了电池双面发电能力。
该研究通过前后两面协同的电学精细化优化,将“更强钝化”与“更低输运/金属化损失”在工业级TOPCon电池统一起来,为高效工业TOPCon技术的发展提供了一条兼具机理清晰与可制造性的工程化路线。
相关研究成果发表在《自然-能源》(Nature Energy)上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。
TOPCon电池的发展与效率认证结果
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