太强了，不到一个月，隆基绿能，再次以第一单位发Nature!|太阳能电池|晶硅|激光器|电阻率|隆基绿能|隆基股份

9月5日，隆基绿能科技股份有限公司（以下简称“隆基绿能” ）作为第一单位在《Nature》期刊在线发表了题为“Perovskite-silicon tandem solar cells with bilayer interface passivation”的研究论文，公开报道了通过研制晶硅-钙钛矿双结叠层电池突破单结太阳电池效率极限的研究成果。

不到一个月的今天，他们的成果再次登上《Nature》。下面，就让小编带大家一起拜读一下这篇论文。

激光图案化硅异质结背接触太阳能电池

硅太阳能电池通常采用正反两侧电极设计，但正面的电极网格会阻挡光线，降低能量输入。背接触（BC）太阳能电池通过将电极放在背面，减少光线遮挡，提高效率和美观度。1975年，普渡大学提出了叉指背接触（IBC）太阳能电池的概念，斯坦福大学于1988年实现了22.3%的效率记录。此后，SunPower等公司推动了IBC技术的商业化。2007年，异质结背接触（HBC）电池结构首次被开发，并在2017年实现了26.7%的转换效率。近年来，制造HBC电池的挑战在于背面的复杂图案化工艺。尽管光刻、喷墨印刷和激光图案化等技术被探索，但大规模生产仍存在技术和成本问题。激光图案化被认为是最经济的方法，但其最高效率仅为22.5%。此外，分离稀有材料铟和银与异质结技术也是关键挑战。

今日，隆基绿能科技有限公司徐希翔博士、李振国、Liang Fang 、Chaowei Xue联合扬州大学丁建宁教授使用激光器来简化背接触太阳能电池的制造并提高功率转换效率。本方法生产出第一块效率超过 27% 的硅太阳能电池。氢化非晶硅层沉积在晶圆上，用于表面钝化和光生载流子的收集。开发了一种不同于传统技术实践的致密钝化接触，不同波长的脉冲皮秒激光器用于创建背接触图案。所开发的方法是生产高性能背接触硅太阳能电池的简化工艺，总有效处理时间约为新兴主流技术的三分之一。为了满足太瓦需求，作者开发了效率为 26.5% 的稀有无铟电池和效率为 26.2% 的珍贵无银电池。相关成果以“Silicon heterojunction back contact solar cells by laser patterning”为题发表在《Nature》上。第一作者为Hua Wu，Feng Ye为共同一作。

HBC太阳能电池设计

本文概述了实现超过27%功率转换效率（PCE）的HBC太阳能电池关键特性（图1a）。在器件层面，通过降低复合电流密度和接触电阻率的工艺提升整体PCE（图1b）。利用硅异质结技术（SHJ）钝化接触，N接触采用本征/n型非晶硅层，P接触采用本征/p型非晶硅层。背接触（BC）电池的独特背面图案设计有助于减少边界处的重组，实现高效钝化接触、无激光损伤激光图案化和底切控制（图1b）。此外，优化接触间距和硅晶圆的电阻率减少电气遮阳效应，提高载流子复合和传输效率（图1c）。通过这些改进，作者在完整的M6晶圆上实现了26.93%的最高PCE，掩蔽边缘后，在243 cm²的指定面积上获得了27.3%的PCE（图1e），外量子效率（EQE）和反射测量如图1f。

图1 HBC太阳能电池的发展

HBC 高级钝化触点

本文开发了一种密集钝化接触方法，以解决N接触中的钝化和接触电阻率问题（图2a）。通过在氧改性硅表面上沉积富氢多孔层（i0）及后续致密层，作者实现了优化的钝化效果。高温（>190°C）可以加速SiH 2的形成并减少外延生长，从而提高表面钝化和导电性（图2b）。此外，升高温度有助于形成更致密的薄膜，提高其导电性和抗激光损伤的能力（图2g）。作者发现，致密层的氢含量相对较低（18%），但仍保持优异的钝化质量（图2e）。通过调整i0和i1层的微观结构因子R*，接触电阻率从93 mΩ·cm²显著下降到43 mΩ·cm²（图2f）。这些结果表明，通过优化沉积条件和材料致密度，可以实现更好的钝化效果和电导性能。

图 2 HBC 的密集钝化 N 接触

激光图案化

高精度快速激光系统在光伏行业中每小时可处理约15000片晶圆，但由于激光束诱导损伤（LBID），HBC太阳能电池的效率难以超过26%。三步激光图案化工艺（P1、P2、P3）用于选择性去除接触层，实现N/P极性结构（图3a），其中P2使用单次发射模式来保护N接触的钝化。脉冲绿光和紫外皮秒激光器分别用于P2和P3，降低热影响。通过模拟与实验确定了适当的激光能量密度，避免对钝化层的损害（图3d）。尽管激光加工中温度过高可能导致钝化退化，采用完全激光图案化制造的HBC电池在Jsc和FF方面表现优于光刻技术，显示了更高的效率（图3f和g）

图 3 ：激光图案化过程

太瓦规模的可持续性

为了在本世纪中叶实现碳中和，预计到2032年光伏发电年产量将达到3235太瓦。作者开发了一个ESMRC模型（效率、可扩展性、可制造性、可靠性、循环性）来评估可持续性。PERC、TOPCon、SHJ和HBC等技术展现出超过25%的效率和良好的循环性，但关键材料如银和铟的供应限制了可扩展性（图4a）。作者实现了无铟HBC太阳能电池26.5%的效率，并通过铜浆料金属化达到26.2%（图4b、4c）。HBC在效率和可扩展性方面优于PERC和TOPCon，但制造复杂度较高（图4d）。通过激光图案化改进，HBC的工艺时间仅为TOPCon的三分之一，且具有碳足迹优势（图4f）。作者制造了634 W的HBC太阳能模块，表明HBC技术在大规模生产中具有显著优势。