【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池具有開發面向效率大于30%光伏組件的潛力，是當前光伏領域研究的熱點和重點。隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)硅太陽能電池是一種極具競爭力的晶體硅電池技術，是當前產業的主流技術，兼具高效率、成本效益和大規模生產等優勢。光伏產業十分關注如何開發基于TOPCon底電池的高效鈣鈦礦/晶硅疊層電池技術。
高質量的雙面TOPCon底電池需要在n型TOPCon電子收集端和p型TOPCon空穴收集端同時實現良好的表面鈍化。然而，在絨面上，基于摻硼多晶硅的鈍化接觸結構(p型TOPCon結構)的鈍化質量不佳，導致了底電池的開路電壓(Voc)顯著下降，嚴重制約了基于TOPCon底電池的疊層電池效率提升。
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下，聯合浙江大學余學功教授團隊，在自然子刊Nature Communications(2024，15，8453)發表題為“Highly passivated TOPCon bottom cells for perovskite/silicon tandem solar cells”的研究論文(論文鏈接：http://doi.org/10.1038/s41467-024-52309-2)，系統研究了在絨面上p型TOPCon鈍化質量的提升及其在高效疊層電池中的應用。寧波材料所2024屆博士生丁澤韜、浙江大學2024屆博士生闞晨霞為共同第一作者，寧波材料所葉繼春研究員和曾俞衡研究員、浙江大學余學功教授為論文共同通訊作者。
該工作的創新點及重要性在于，通過改善絨面氧化硅的完整性、優化硼擴散曲線、提升氧化鋁注氫質量等策略，顯著提升了p型TOPCon的鈍化質量。具體來說，常規的雙面對稱壽命片的單面飽和電流密度(J0,s)和隱含開路電壓(iVoc)分別是34.2 fA/cm2和689 mV；優化后的p型TOPCon，壽命片的J0,s和iVoc分別為12.9 fA/cm2和715 mV；雙絨面TOPCon底電池的開路電壓從690 mV大幅提升至710 mV。該工作目前所獲TOPCon底電池相關技術指標處于行業內先進水平。
進一步，團隊將該TOPCon底電池與鈣鈦礦頂電池集成，成功制備出n-i-p型正式鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池(1 cm2)，獲得超過1.9 V的開路電壓和28.20%的效率(認證效率為27.3%)，顯示出該體系具有開發高效疊層電池及組件的潛力。
本研究得到了國家自然科學基金(61974178、U23A20354、62025403、62304201)、浙江省重點研發項目(2021C01006、2024C01055)、寧波市重點研發項目(2022Z114)，及中科研和、晶科能源、阿特斯陽光電力、海南鈞達新能源等公司與寧波材料所共建工程中心等的支持。
圖1 p型TOPCon在絨面結構上鈍化質量的提升
圖2 正式鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池器件結構及其性能參數
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