背接触（BC）太阳能电池因其在短路电流密度（JSC）和功率转换效率（PCE）方面的高上限而受到关注。结合硅异质结（SHJ）、隧道氧化层钝化接触（TOPCon）和钙钛矿技术可以进一步扩展其效率优势。LONGi公司使用异质结背接触（HBC）技术实现了27.30%的世界纪录效率。本研究运用简化复合模型展开模拟分析，对异质结背接触（HBC）太阳能电池的周长复合予以重新界定。

最先进的HBC太阳能电池

HBC太阳能电池的结构和电气性能与复合参数的关系

HBC 太阳能电池的结构：包括前窗口、HSC、ESC、Gap 等区域。

HSC/Gap边界的横截面SEM图像，呈现出该边界处的结构特征，直观展示了由于制备工艺导致的结构变化。

简化复合模型的等效电路图，将电池分为体复合和表面复合，表面复合由双二极管模型表示，为后续通过该模型模拟分析电池性能提供了理论框架。

通过模拟得到的PCE（功率转换效率）、pFF（伪填充因子）和VOC（开路电压）作为两个复合参数（J01和J02）的函数。白色虚线表示在固定J01 = 1 fA⋅cm−2时，每个参数对J02的依赖性。J02在优异表面钝化状态下对电气性能的显著影响，并且随着J02的降低，PCE、pFF和VOC逐渐饱和。

创新表征方法的开发

一种测量HBC太阳能电池不同区域重组值的新方法

边界模式中各种子样本的面积和周长值的汇总

单元结构示意图：n型c-Si作为基底，HSC（空穴选择性接触）和Gap区域交替排列在前侧，分别具有面积SHSC和SGap，以及两个区域之间的边界周长LBound。整个背面准备了欧姆接触结构以便于电流收集。

区域划分：单元结构被划分为三个区域，即区域I（HSC/Gap边界）、区域II（HSC区域）和区域III（Gap区域），分别对应不同的复合电流IBound.、IHSC和IGap。

创新测试结构呈现：由9个子样本组成的创新测试结构，这些子样本排列成3列，标记为1至9。随着子样本编号的增加，总面积基本不变，但边界周长逐渐减小。

光学图像：展示了不同子样本的HSC区域与Gap区域的排列和边界周长的变化。

激光消融图案化：通过激光消融在两种模式下（单次模式和重叠模式）实现恒定面积和不同边界周长的变化，使用脉冲绿皮秒激光进行消融图案化，光斑大小约为110×110 μm²，可以手动控制重叠宽度，实验中设置为5 μm。

HBC太阳能电池和复合测试样本的制造流程

所有 HBC 太阳能电池和复合测试样品均在LONGi 特定规格（电阻率、厚度、晶向）的n型 M6 直拉单晶硅片上制备。

HBC太阳能电池的主要制造流程包括11个步骤，涉及化学气相沉积（3步）、物理气相沉积（1步）、湿化学清洗（3步）、激光图案化（3步）和丝网印刷（1步）。

复合测试样本与HBC太阳能电池的制造流程一致，只是在图案化方案上有所不同。

首先，在双面抛光晶片的一侧沉积ESC和掩膜层；

其次，使用绿皮秒激光形成Boundary pattern，从交替的HSC区域移除掩膜层，并通过湿化学清洗过程蚀刻其他层，最终在Gap区域留下i/n-a-Si:H/SiNx堆叠层，同时暴露HSC区域的硅表面；

第三，沉积HSC和图案化的透明导电氧化物（TCO）层，接着进行丝网印刷、退火和光浸泡处理。

HBC太阳能电池的周界复合

HBC太阳能电池周界复合的分析结果

不同区域实验与模拟结果相结合的主要参数总结

暗I-V曲线特征：展示了样本 1（基线工艺）和样本 2（工艺调整后的 HSC/Gap 边界）的半对数暗I-V曲线。在中电压区域（0.4 - 0.6V），电流值随边界周长增加而不断上升，这一趋势表明边界周长对电流传输有着显著影响，暗示周长复合在该区域的重要性。

J02值作为周长/面积比关系：随着周长 / 面积比的增加，J02值也相应增大。

样本截距与斜率分析：样本 1 和样本 2 的截距基本接近 0，这意味着在这两个样本中，HSC 区域复合电流密度和 Gap 区域泄漏电流密度相对较小，对整体复合电流的贡献有限。

电池制备与性能测量：按照样本 1 和样本 2 的工艺分别制备了两批 HBC 太阳能电池（Batch A 和 Batch B），并对其光电性能进行了测量。

进一步证实了该创新方法能够准确地反映周长复合对电池性能的影响。实验数据与理论模型的一致性充分证明了该方法的准确性和可靠性，强调了控制周长复合以提升电池性能的重要性。

HBC太阳能电池的结复合

HBC太阳能电池结复合的分析结果

暗I-V曲线特征与周长相关性：样本3和样本4的半对数暗I-V曲线,这些曲线显示了在中等电压区域（0.4-0.6 V）的电流值随着边界周长的增加而增加，与之前周界复合的观察结果相似。

斜率相同的意义：样本3和样本4的J0m值与周长/面积比关系曲线中，两者斜率基本相同（2.0-2.2nA⋅cm−1 ），这意味着在HSC/Gap边界结构方面，它们的周长复合性质相似，表明在这一结构特征上两者具有一致性。

表面残留物的直观展示：光学图像清晰地展示了样本3和样本4的HSC区域表面形态，样本4中明显存在更多的残留物。

样本4中HSC区域残留物的高分辨率SEM图像，这个图像揭示了残留物的微观结构，这些残留物可能是ESC和掩膜层，由于激光功率和形状控制的不均匀性导致。

HBC太阳能电池的漏电流复合

HBC太阳能电池漏电流复合的分析结果

Gap pattern的结构示意图：由多个不同直径的圆盘组成，圆盘正面为特定的层结构，背面为欧姆接触结构，且圆盘周边是完全绝缘的。这一结构设计用于监测 Gap 区域的泄漏电流。

暗I-V曲线：样本 6 在正向和反向偏压下均处于高电流状态，与样本 5 形成鲜明对比，表明样本 6 存在较大的泄漏电流。这一差异可能源于Gap区域绝缘层失效或圆盘周边导电层重叠等问题。

边界图案与 Gap 图案对比：将采用与样本 6 相同工艺制备的边界图案的半对数暗I-V曲线与 Gap 图案的曲线进行对比，发现在中电压区域，Gap 图案的泄漏电流完全主导，与常规 HBC 太阳能电池的预期行为有很大差异。

电池性能下降分析：基于样本5和样本6的工艺制备了两批HBC太阳能电池（Batch C 和 Batch D），其光电性能测量结果显示，PCE从 26.17% 平均下降到 25.51%（下降了 0.66% abs），主要是由于Rsh显著降低导致pFF从 86.13%下降到 84.10%，而其他参数受影响较小。

本文的研究不仅揭示了HSC区域结复合的复杂性，而且还识别了Gap区域漏电流复合的风险，这对于太阳能电池的稳定性和安全性至关重要。强调了在太阳能电池制造过程中对周界复合和漏电流复合进行优化的必要性，这对于推动BC太阳能电池技术的发展和实现更高效率的太阳能转换具有重要意义。

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原文出处：Accurately quantifying the recombination pathways unique in back contact solar cells；https://doi. org/10.1016/j.solmat.2024.113277