关键词:
太阳电池
HBC
数值模拟
HWCVD
掩模
摘要:
背接触异质结电池(back contact heterojunction solar cells,HBC)因其正面无金属电极遮挡,能够大幅提升短路电流,且融合了本征氢化非晶硅薄膜优异的界面钝化性能,以获得高开路电压,是获得更高光电转化效率的新型电池技术,近几年已成为研究热点。而HBC电池背面n/p区的设计与制备方法一直是该电池技术的难点,本文先通过数值模拟计算得到最佳的HBC电池背面图形参数(p区、n区、Gap区和重复单元宽度),结合模拟结果设计出合理的阴影掩模,再利用热丝气相沉积法(HWCVD)与阴影掩模制备出完整的HBC电池,主要的研究结论如下:
(1)模拟HBC电池背面n、p区间隔的增大,电池的短路电流密度和开路电压变化不大,填充因子显著降低导致电池转换效率降低。随着p区宽度比例的增加,电池的转换效率也在增大,在n、p区宽度比例为1:3之后,电池效率趋于平缓,最大值在其比例为1:9时,为26.02%;开压变化不大,短路电流密度在n、p区宽度比例为3:1之后,增加变缓,在42.5 m A/cm2附近;填充因子在n、p区宽度比例为1:3之后,其变化趋势平缓,保持在82.5%左右。
(2)模拟了电池随着周期重复单元(n区、p区宽度的一半+间隔区宽度)宽度的增加,效率先增加后减小,在其宽度为550μm时,电池效率达到了最大值,开压和短路电流密度几乎保持不变,电池的填充因子同样是先增大后减小。
(3)模拟了HBC电池对位误差对电池性能的影响,造成电池背面n、p区发生偏移或重叠,模拟结果发现对位偏移控制在100μm以下时,降低电池效率0.05%abs左右;n、p区发生重叠时,当重叠区域小于10μm时,电池效率仅下降0.04%abs左右。
(4)实验研究发现了金属阴影掩模的固有缺陷,具有锥形效应的镀膜特性,随着掩模间隙缩小,沉积的薄膜厚度就越小,而且薄膜边缘厚度更小,膜层厚度呈现锥形分布,对电池性能的影响较大。通过优化掩膜设计与对准方法,优化PVD沉积工艺,最终制备出转换效率为19.54%的HBC电池(3×3 cm2)。