태양광 발전 산업에서는 혁신적인 제조 공정, 신소재, 태양 전지 설계 및 모듈 구성을 통해 모듈 성능을 개선하고자 노력하고 있습니다. SHJ 태양전지 높은 PCE, 간소화된 제조 공정, 낮은 제조 온도와 같은 장점이 있으나, 낮은 Jsc, 높은 원자재 비용과 같은 한계가 있다. IBC 기술 실리콘 태양 전지의 PCE를 개선할 것으로 기대됩니다. SHJ 태양 전지는 효과적인 수동화를 위해 비정질 실리콘 층을 사용하고 수동화 접촉을 형성합니다. 도핑된 비정질 실리콘 층.

SHJ 태양전지 및 SHJ-IBC 태양전지

두 종류의 태양전지 구조의 개략도

SHJ 태양전지 구조

위에서 아래로의 구조는 다음과 같습니다: 은/ITO/(n+i) 층/(n) c-Si/(i+p) 층/ITO/은.

그 중 전극물질로는 은(Ag)을 사용하고, 투명 전도성 산화물층으로는 ITO(인듐주석산화물)를 사용합니다.

(n+i) 층은 ​​n형 도핑된 비정질 실리콘 층과 진성 비정질 실리콘 층의 조합을 나타내고, (n) c-Si는 n형 도핑된 결정질 실리콘 층을 나타내고, (i+p) 층은 진성 비정질 실리콘 층과 p형 도핑된 비정질 실리콘 층의 조합을 나타냅니다.

이 구조는 비정질 실리콘 층을 사용합니다. 효과적인 수동화 도핑된 비정질 실리콘 층을 통해 수동화 접촉을 형성합니다. 세포의 효율성을 향상시킵니다.

SHJ-IBC 태양전지 구조

SHJ-IBC 태양 전지는 구조적으로 SHJ 태양 전지와 유사하지만 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

SHJ-IBC 태양 전지에서는 전자선택접촉(ESC)과 홀선택접촉(HSC) 셀 뒤쪽에 위치하여 도움이 됩니다. 전면의 음영을 줄이고 빛의 활용도를 높입니다.

셀의 뒷면은 ESC, HSC, 그리고 두 영역을 구분하는 틈의 세 영역으로 나뉩니다.

이 설계는 전극 그림자 효과로 인한 효율 손실을 줄이는 동시에 셀의 충전율(FF)과 전력 변환 효율(PCE)을 개선하는 것을 목표로 합니다.

디지털 트윈에 사용되는 매개변수

접촉 저항 시뮬레이션

평가 최대 전력점(MPP)에서의 전력 손실 비정질 실리콘(pa-Si:H) 및 나노결정 실리콘(p-nc-Si:H) 홀 선택적 접촉(HSC) 층을 갖춘 SHJ 태양 전지용입니다.

 최대 전력점(MPP)에서 SHJ 태양전지의 전력 손실 및 직렬 저항 분석

전력 손실 분석:

p - a - Si:H 홀 선택적 접촉(HSC) 층과 p - nc - Si:H HSC 층을 갖는 SHJ 태양 전지의 최대 전력점에서의 전력 손실을 비교하여 다음과 같은 사실을 확인하였다. 셀 성능 향상은 주로 다음에서 유래되었습니다. 뒷면 HSC 층.

직렬 저항기는 다음으로 구성됩니다.

Rs를 벌크 상 내부의 고유 성분, 전면 및 후면 투명 전도성 산화물(TCO)과 전극 핑거 영역의 캐리어 전달 저항, 전자 선택적 접촉(ESC)과 HSC(ρESC 및 ρHSC)의 접촉 저항률을 포함한 여러 성분으로 분해합니다.

그림에서 볼 수 있듯이 ρESC는 약간 감소하지만 크게 변하지 않는 반면, ρHSC는 102에서 4mΩ cm²로 크게 감소합니다.이는 HSC 층의 접촉 저항을 줄이는 것이 개선에 큰 의미가 있음을 보여줍니다. 태양 전지 성능.

 SHJ 태양전지 접촉 저항률(ρC) 시뮬레이션

TLM 시뮬레이션 구조의 개략도: 이 구조는 c-Si 기판 위에 각각 1000마이크론 폭의 두 개의 동일한 접촉 스택으로 구성되며, 가변적인 간격으로 분리되어 있습니다.

JV 특성 곡선: 어두운 조건(전압 범위 -0.2~0.2볼트)에서 다양한 접촉 패드 간격에서 전자 선택적 접촉(ESC)을 평가하기 위한 JV(전류-전압) 특성 곡선입니다. 이 곡선은 접촉 저항률 ρC를 계산하는 데 사용됩니다.

다양한 접촉 패드 간격의 총 저항 RT: 다양한 접촉 패드 간격에서 ESC의 총 저항 RT. 이 데이터는 TLM 방법으로 접촉 저항률 ρC를 계산하는 데 사용됩니다.

접촉 저항률 ρC 계산: 접촉 저항률 ρC는 ρC = RC - LT / W 공식을 사용하여 그림에서 계산할 수 있습니다. 여기서 RC는 접촉 저항의 절반, LT는 유효 전달 길이의 절반, W는 TLM 시뮬레이션에서 기본 접촉 길이(1마이크론)입니다.

접촉 저항률에 대한 도핑 농도의 영향: TLM 시뮬레이션으로 결정된 p-층의 도핑 농도, pa-Si:H HSC와 p-nc-Si:H HSC의 지점이 강조됨. 도핑 농도를 증가시키면 ρHSC를 상당히 줄일 수 있습니다.

SHJ 태양전지 디지털 트윈의 전기적 성능 비교

단락 전류(Jsc): p-nc-Si:H HSC를 사용한 태양 전지의 Jsc는 pa-Si:H HSC를 사용한 태양 전지보다 약간 높은데, 이는 나노결정질 실리콘 층이 전지의 단락 전류를 개선할 수 있음을 나타낸다.

개방 회로 전압(Voc): p-nc-Si:H HSC를 사용한 태양 전지의 Voc도 pa-Si:H HSC를 사용한 태양 전지보다 약간 높습니다. 이는 나노결정 실리콘 층의 더 나은 캐리어 선택성으로 인해 캐리어의 재결합 손실이 줄어들기 때문일 수 있습니다.

채우기 계수(FF): p-nc-Si:H HSC를 사용한 태양 전지의 FF도 pa-Si:H HSC를 사용한 태양 전지보다 약간 높은데, 이는 나노결정질 실리콘 층이 전지의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.

전력 변환 효율(PCE): p-nc-Si:H HSC를 사용한 태양 전지의 PCE는 pa-Si:H HSC를 사용한 태양 전지보다 높았는데, 이는 Jsc, Voc 및 FF가 향상되었음을 나타냅니다.

LONGi 태양 전지와의 비교: 디지털 트윈의 시뮬레이션 결과는 LONGi의 실험 결과와 매우 유사하여 디지털 트윈 모델의 정확성과 신뢰성을 검증합니다.

나노결정 실리콘(p-nc-Si:H)을 HSC층으로 사용하는 SHJ 태양전지는 비정질 실리콘(pa-Si:H)을 사용한 태양전지에 비해 전기적 성능이 우수합니다.

SHJ 및 SHJ-IBC 태양 전지의 디지털 트윈 생성

SHJ-IBC 태양전지의 전기적 성능

HSC 폭과 VOC의 관계:

HSC의 폭이 증가함에 따라 개방 회로 전압(VOC)이 증가합니다. p-nc-Si:H HSC를 사용하는 셀은 pa-Si:H HSC를 사용하는 셀보다 더 높은 VOC를 나타내는데, 이는 p-nc-Si:H의 더 높은 도핑 농도에 기인하며, 이로 인해 c-Si에서 더 강한 밴드 굽힘이 발생하고 재결합 손실이 감소합니다.

HSC 폭과 FF의 관계:

채우기 계수(FF)는 HSC의 폭에 따라 증가합니다.

p-nc-Si:H HSC를 사용하는 세포는 더 높은 캐리어 수집 기능으로 인해 pa-Si:H HSC를 사용하는 세포보다 더 높은 FF를 나타냅니다.

HSC 폭과 JSC의 관계:

단락 전류(JSC)는 HSC 폭이 증가함에 따라 증가합니다.

재결합 손실이 감소하고 캐리어 수집 기능이 향상되어 JSC가 개선되었습니다.

HSC 폭과 PCE의 관계:

전력 변환 효율(PCE)은 HSC 폭이 커질수록 증가하지만, 효율이 감소하기 시작하는 최적 지점이 있습니다.

pa-Si:H HSC를 사용하는 SHJ-IBC 셀의 경우 HSC 폭이 220μm일 때 PCE가 27.01%에 도달합니다. p-nc-Si:H HSC를 사용하는 SHJ-IBC 셀의 경우 HSC 폭이 120μm일 때 PCE가 27.38%에 도달합니다.

갭 폭을 80μm에서 20μm로 줄이면 p-nc-Si:H HSC를 사용한 셀의 PCE는 27.51%까지 더욱 향상될 수 있습니다.

단락 전류(JSC): 세 가지 경우 모두 JSC가 42.5 mA cm^-2에 가까웠는데, 이는 광생성 전류 밀도가 설계 전반에 걸쳐 일관되게 유지되었음을 나타냅니다.

개방 회로 전압(VOC): 나노결정질 실리콘(nc-Si:H) HSC를 사용하는 셀은 비정질 실리콘(a-Si:H) HSC를 사용하는 셀보다 더 높은 VOC를 나타냈습니다. 갭 폭을 80μm에서 20μm로 줄이면 nc-Si:H HSC를 사용하는 셀의 VOC가 약간 더 개선되었습니다.

채우기 계수(FF): nc-Si:H HSC를 사용하는 세포는 a-Si:H HSC를 사용하는 세포보다 더 높은 FF를 나타냈습니다.

갭 폭을 줄이면 nc-Si:H HSC를 사용하는 셀의 FF가 더욱 향상되었습니다.

전력 변환 효율(PCE):

a-Si:H HSC를 사용한 세포의 PCE는 27.01%였습니다.

nc-Si:H HSC를 사용한 세포의 PCE는 27.38%였습니다.

갭 폭을 80μm에서 20μm로 줄이면 nc-Si:H HSC를 사용하는 셀의 PCE가 27.51%로 증가합니다.

고효율 실리콘 헤테로접합(SHJ) 태양 전지의 디지털 트윈 모델을 생성하여 SHJ-IBC 태양 전지의 실제 효율 한계를 평가했습니다. 비정질 HSC를 사용하는 SHJ-IBC 세포는 나노결정질 HSC를 사용할 때 27.01%와 27.38%에 도달할 수 있습니다. 갭 폭을 80μm에서 20μm로 줄이면 효율을 27.51%까지 높일 수 있습니다.