TOPCon电池因其高效率和稳定性在全球光伏市场中表现突出。但由于硼扩散、激光损伤和金属-半导体接触，前侧存在显著的复合损失。研究设计了前侧局部多晶硅指状结构，与传统TOPCon和全面积多晶硅钝化电池进行比较。通过模拟，发现抑制前表面场（FSF）和接触区域的复合是提高电池性能的关键策略。美能TLM接触电阻率测试仪，以其快速、灵活、精准的检测能力，为双面TOPCon太阳能电池的接触电阻和钝化性能提供了强有力的数据支持。

模拟细节与方法材料

模拟软件：对新型多电子选择性接触电池建模，考虑多种复合和迁移率模型，用 FELA 分析功率损失。

实验材料与制备：使用隆基公司生产的 n 型直拉单晶硅电池，经过多步处理，包括清洗、制绒、沉积多晶硅层、掺杂、退火、接触电阻测试等。

选择性接触与结构分析

选择性接触的不同配置的示意图及传统和双面TOPCon电池的结构

选择性接触的优化：

通过调整接触电阻率（ρc）和表面复合电流密度（J0），可以优化太阳能电池的选择性。

选择性系数（S10）依赖于J0和ρc的对数关系，这影响了太阳能电池的理论最大效率（ηmax）。

太阳能电池结构的比较：

传统TOPCon电池与双面TOPCon电池相比，后者在减少前侧复合损失方面具有优势。双面TOPCon结构通过优化前侧的多晶硅钝化区域，可以减少光学损失，从而提高电池性能。

自由能损失分析：

全面积多晶硅钝化会导致显著的前侧吸收损失，限制了电池的潜在效率。

局部多晶硅钝化结构可以显著减少前侧吸收损失，从而提高电池的潜在效率至26.42%。

局部多晶硅指状结构影响

电气特性和前侧多晶硅指状结构（poly finger width）的变化关系

电池效率的峰值集中在多晶硅指状结构宽度为20-45μm的范围内，当表面复合电流密度（J0）低于8 fA/cm²时，效率超过26.5%。

当多晶硅指状结构宽度小于40μm时，FF几乎不受多晶硅钝化的影响。当宽度超过40μm时，FF对钝化值J0和多晶硅指状结构的宽度变得敏感。

多晶硅指状结构的宽度对太阳能电池的效率、填充因子和短路电流密度有显著影响。

电气特性与前侧多晶硅指状结构的接触电阻（ρc）变化的关系

电池的效率强烈依赖于多晶硅/硅氧化物界面的隧穿电阻，高效率出现在接触电阻低于2 mΩ cm²的区域。

FF的区域几乎不受多晶硅钝化的影响，但当多晶硅指状结构宽度超过一定值时，FF对接触电阻和多晶硅指状结构的宽度变得敏感。

Jsc和Voc几乎完全依赖于多晶硅指状结构的面积比。

因此在设计双面TOPCon太阳能电池时，需要仔细考虑多晶硅指状结构的宽度和接触电阻，以及如何通过优化这些结构来提高电池的整体性能。

背面多晶硅参数影响

TOPCon电池的前侧多晶硅（poly-Si）与晶硅界面特性分析

通过TLM测量发现，接触电阻受到多晶硅层的掺杂浓度和高温扩散过程的影响。高温扩散可能导致更多的针孔形成，这有利于载流子的传输，但同时也可能增加接触电阻。

低掺杂浓度的接触电阻范围为1.0 mΩ cm²到1.4 mΩ cm²，而高掺杂浓度的接触电阻范围为0.8 mΩ cm²到1.2 mΩ cm²。

通过优化扩散过程和掺杂浓度，可以有效降低接触电阻，从而提高太阳能电池的整体性能。

TOPCon电池背面多晶硅（poly-Si）的优化模拟

随着多晶硅方块电阻和厚度的变化，电池的高效率出现在方块电阻低于100 Ω/sq且多晶硅厚度小于30nm的区间。

FF随着方块电阻的减小和多晶硅厚度的增加而增加。

较薄的多晶硅厚度有助于减少寄生吸收，从而提高Jsc。每增加20nm的多晶硅厚度，太阳能电池的Jsc会减少0.1 mA/cm²。

Voc相对稳定，不受方块电阻的影响，这表明通过优化其他参数可以进一步提高Voc。

优化策略的结果与展望

双面TOPCon电池的电性能和光谱响应

通过去除 FSF（前表面场）以及引入多晶硅指状结构的策略，开路电压 Voc 和填充因子 FF 得到了改善，效率提升到了 26.62%，Voc 达到 738.7 mV，FF 超过 85.16%。

考虑到金属遮光、反射率和多晶硅薄膜的寄生吸收，短路电流密度 Jsc 被优化到了 42.31 mA/cm²。

双面TOPCon电池的制备和优化策略的展望

双面TOPCon太阳能电池的优化方案包括：多晶硅指状结构的设计、双面原子层沉积（ALD）以及 LECO 工艺等。这些方法有助于进一步提高电池的钝化和接触性能，有可能在大尺寸电池上实现接近27%的高效率。

通过综合考虑结构设计和工艺优化，可以显著提高TOPCon太阳能电池的性能，并为未来的工业化生产提供了清晰的路线图。

局部多晶硅指状结构的钝化和电流优势弥补了FF不足，优化接触性能可使效率超26.5%。多晶硅寄生吸收受限下，局部选择性接触对电池性能影响大。优化前后多晶硅参数后，模拟效率达26.62%，双面TOPCon理论效率达 28.9%。

美能TLM接触电阻测试仪

联系电话：400 008 6690

美能TLM接触电阻测试仪所具备接触电阻率测试功能，可实现快速、灵活、精准检测。

√ 静态测试重复性≤1%，动态测试重复性≤3%

√ 线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm

√ 接触电阻率测试与线电阻测试随意切换

√ 定制多种探测头进行测量和分析

美能TLM接触电阻率测试仪，以其快速、灵活、精准的检测能力，为双面TOPCon太阳能电池的接触电阻和钝化性能提供了强有力的数据支持。随着技术的不断进步和测试设备的不断升级，双面TOPCon电池将在未来光伏市场中扮演更加重要的角色，为全球清洁能源的发展贡献更大的力量。

原文出处：Optimizing strategy of bifacial TOPCon solar cells with front-side local passivation contact realized by numerical simulation