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高度透明鈍化觸點(TPC)作為晶體硅(c-Si)太陽能電池的前端觸點，在理論上可以結合高導電性、優異的表面鈍化和高光學透明度。然而，同時優化這些特性仍然具有挑戰性。

目前，大多數晶體硅(c-Si)太陽能電池的效率受到擴散發射區和金屬電極與硅吸收體接觸處復合的限制，避免擴散發射極區域和直接金屬吸收接觸(通常稱為鈍化接觸)的器件設計是進一步提高效率的關鍵因素。到目前為止，已經開發出了三個概念，使晶體硅太陽能電池在沒有擴散發射器的情況下形成結。這些概念是:基于本征和摻雜非晶硅的硅異質結(SHJ)；所謂的TOPCon或POLO概念使用硅氧化物和多晶硅(SiO₂/poly-Si)的組合和使用金屬氧化物/氮化物/氟化物如MoOx、TiN或LiF。

雖然這些方法可以實現較高的效率，但它們也有相當大的缺點。例如，MoOx與固有氫化非晶硅(a-Si:H)相結合的實現使太陽能電池的效率>23.5%。由于本征a-Si:H層的大量寄生吸收，短路電流密度(Jsc)限制了效率。到目前為止，另外兩個概念已經實現了>25%的效率。

然而，由于a-Si:H和poly-Si的低帶隙和可觀的吸收系數，與其他厚度相同但帶隙更高的納米晶硅/硅合金相比，這些層會造成更強的寄生吸收損失。在多晶硅的情況下，這些光學損失是如此嚴重，以至于這種接觸的應用到目前為止僅限于c-Si太陽能電池的背面。

德國于利希研究中心Kaining Ding/ Kaifu Qiu/Manuel Pomaska/Malte K?hler等人在Nature Energy發表了研究的最新成果，在這里，作者提出了一種TPC，由一個硅-氧化物隧道層，然后在不同溫度沉積的兩層氫化納米碳化硅(nc-SiC:H(n))和一個濺射的銦錫氧化物(ITO)層(c-Si(n)/SiO₂/nc-SiC:H(n)/ITO)組成。雖然nc-SiC:H(n)的寬頻帶隙保證了高的光學透明度，但雙層設計使其具有良好的鈍化和高電導率，提高了短路電流密度(40.87 mA cm^?2)，填充因子(80.9%)和認證效率(23.99±0.29%)。此外，這種接觸避免了額外的加氫或高溫沉積后退火步驟。作者研究了TPC的鈍化機理和工作原理，并提供了基于數值模擬的損耗分析，概述了轉換效率達到26%的途徑。

圖文詳情

Nature Energy:再創新高！認證效率高達24%

圖1. TPC概念的由來

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圖2. TPC的選擇性

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圖3. TPC的鈍化機制和工作原理

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圖4. TPC太陽能電池的演變

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圖5. 優化后的TPC太陽能電池光損耗分析

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圖6. 優化后的TPC太陽能電池的填充因子損失分析

鏈接

K?hler, M., Pomaska, M., Procel, P. et al. A silicon carbide-based highly transparent passivating contact for crystalline silicon solar cells approaching efficiencies of 24%. Nat Energy (2021).

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00806-9

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