La industria solar fotovoltaica busca mejorar el rendimiento de los módulos a través de procesos de fabricación innovadores, nuevos materiales, diseños de células solares y configuraciones de módulos. Células solares SHJ tienen ventajas como alto PCE, procesos de fabricación simplificados y bajas temperaturas de fabricación, pero tienen limitaciones como bajo Jsc y altos costos de materia prima. Tecnología IBC Se espera que mejore el PCE de las células solares de silicio. Las células solares SHJ utilizan una capa de silicio amorfo para una pasivación efectiva y forman un contacto de pasivación a través de un capa de silicio amorfo dopado.

Células solares SHJ y células solares SHJ-IBC

Diagrama esquemático de la estructura de dos tipos de células solares.

Estructura de la célula solar SHJ

La estructura de arriba a abajo es: capa de plata/ITO/(n+i)/(n) c-Si/(i+p)/ITO/plata.

Entre ellos, se utiliza plata (Ag) como material del electrodo y ITO (óxido de indio y estaño) como capa de óxido conductor transparente.

La capa (n+i) representa la combinación de la capa de silicio amorfo dopado de tipo n y la capa de silicio amorfo intrínseco, (n) c-Si representa la capa de silicio cristalino dopado de tipo n, y la capa (i+p) representa la combinación de la capa de silicio amorfo intrínseco y la capa de silicio amorfo dopado de tipo p.

Esta estructura utiliza la capa de silicio amorfo para pasivación efectiva y forma un contacto de pasivación a través de la capa de silicio amorfo dopado para mejorar la eficiencia de la célula.

Estructura de la célula solar SHJ-IBC

Las células solares SHJ-IBC son similares en estructura a las células solares SHJ, pero con algunas diferencias clave.

En las células solares SHJ-IBC, ambos El contacto selectivo de electrones (ESC) y el contacto selectivo de huecos (HSC) se encuentran en la parte posterior de la celda, lo que ayuda Reduce el sombreado de la superficie frontal y mejora el aprovechamiento de la luz.

La parte posterior de la célula está dividida en tres regiones: ESC, HSC y un espacio que las separa.

Este diseño tiene como objetivo reducir las pérdidas de eficiencia debido al efecto de sombra del electrodo al tiempo que mejora el factor de llenado (FF) y la eficiencia de conversión de potencia (PCE) de la celda.

Parámetros utilizados en gemelos digitales

Simulación de resistencia de contacto

Evaluación de pérdidas de potencia en el punto de máxima potencia (MPP) para células solares SHJ con capas de contacto selectivo de huecos (HSC) de silicio amorfo (pa-Si:H) y silicio nanocristalino (p-nc-Si:H).

 Análisis de la pérdida de potencia y la resistencia en serie de células solares SHJ en el punto de máxima potencia (MPP)

Análisis de pérdida de potencia:

Se comparó la pérdida de potencia en el punto de máxima potencia de las células solares SHJ con una capa de contacto selectivo de huecos (HSC) p - a - Si:H y una capa HSC p - nc - Si:H, lo que indica que el rendimiento celular La mejora se originó principalmente a partir de la capa HSC del lado posterior.

La resistencia en serie consta de:

Descomponer Rs en múltiples componentes, incluidos los componentes intrínsecos dentro de la fase en masa, la resistencia de transporte de portadores del óxido conductor transparente (TCO) de la superficie frontal y trasera y las regiones de los dedos del electrodo, y la resistividad de contacto del contacto selectivo de electrones (ESC) y HSC (ρESC y ρHSC).

Se puede ver en la figura que ρESC disminuye ligeramente pero no cambia mucho, mientras que ρHSC disminuye significativamente de 102 a 4 mΩ cm², lo que demuestra que reducir la resistividad de contacto de la capa HSC es de gran importancia para mejorar célula solar actuación.

 Simulación de la resistividad de contacto de células solares SHJ (ρC)

Esquema de la estructura de simulación TLM: Esta estructura consta de dos pilas de contactos idénticas, cada una de 1000 micrones de ancho, sobre un sustrato de c-Si y separadas por un espacio variable.

Curva característica de JV: Curva característica JV (corriente-tensión) para la evaluación del contacto selectivo de electrones (ESC) con diferentes distancias entre las almohadillas de contacto en oscuridad (rango de tensión de -0,2 a 0,2 voltios). Estas curvas se utilizan para calcular la resistividad de contacto ρC.

Resistencia total RT de diferentes espaciamientos entre almohadillas de contacto: Resistencia total RT del ESC con diferentes distancias entre las almohadillas de contacto. Estos datos se utilizan para calcular la resistividad de contacto ρC mediante el método TLM.

Cálculo de la resistividad de contacto ρC: La resistividad de contacto ρC se puede calcular a partir de la figura utilizando la fórmula ρC = RC - LT / W, donde RC es la mitad de la resistencia de contacto, LT es la mitad de la longitud de transferencia efectiva y W es la longitud de contacto predeterminada en las simulaciones TLM (1 micrón).

Efecto de la concentración de dopaje en la resistividad de contacto: Concentración de dopaje de la capa p determinada mediante simulación TLM, con los puntos de HSC pa-Si:H y p-nc-Si:H resaltados. Al aumentar la concentración de dopaje, se puede reducir significativamente el ρHSC.

Comparación del rendimiento eléctrico de gemelos digitales de células solares SHJ

Corriente de cortocircuito (Jsc): El Jsc de la celda solar que utiliza p-nc-Si:H HSC es ligeramente mayor que el de la celda que utiliza pa-Si:H HSC, lo que indica que la capa de silicio nanocristalino puede mejorar la corriente de cortocircuito de la celda.

Voltaje de circuito abierto (Voc): El Voc de la célula solar que utiliza p-nc-Si:H HSC también es ligeramente superior al de la célula que utiliza pa-Si:H HSC, lo que puede deberse a la mejor selectividad de portadores de la capa de silicio nanocristalino, que reduce la pérdida de recombinación de portadores.

Factor de llenado (FF): El FF de la celda solar que utiliza p-nc-Si:H HSC también es ligeramente mayor que el de la celda que utiliza pa-Si:H HSC, lo que indica que la capa de silicio nanocristalino puede mejorar el rendimiento general de la celda.

Eficiencia de conversión de energía (PCE): El PCE de la celda solar que utiliza p-nc-Si:H HSC es mayor que el de la celda que utiliza pa-Si:H HSC, lo que es consistente con la mejora de Jsc, Voc y FF.

Comparación con la célula solar LONGi: Los resultados de la simulación del gemelo digital son muy similares a los resultados experimentales de LONGi, lo que verifica la precisión y confiabilidad del modelo del gemelo digital.

Las células solares SHJ que utilizan silicio nanocristalino (p-nc-Si:H) como capa HSC tienen un rendimiento eléctrico superior al de aquellas que utilizan silicio amorfo (pa-Si:H).

Creación de gemelos digitales de células solares SHJ y SHJ-IBC

Rendimiento eléctrico de las células solares SHJ-IBC

Relación entre el ancho de HSC y el VOC:

A medida que aumenta el ancho de la HSC, aumenta el voltaje de circuito abierto (VOC). Las celdas que utilizan HSC de p-nc-Si:H presentan un VOC más alto que las celdas que utilizan HSC de pa-Si:H, lo cual se atribuye a la mayor concentración de dopaje de p-nc-Si:H, lo que resulta en una mayor flexión de banda en el c-Si y menores pérdidas por recombinación.

Relación entre el ancho del HSC y FF:

El factor de relleno (FF) aumenta con el ancho de HSC.

Las células que utilizan HSC p-nc-Si:H exhiben una FF mayor que las células que utilizan HSC pa-Si:H debido a sus mayores capacidades de recolección de portadores.

Relación entre el ancho del HSC y el JSC:

La corriente de cortocircuito (JSC) aumenta al aumentar el ancho del HSC.

La reducción de las pérdidas por recombinación y la mejora de las capacidades de recolección de portadores ayudan a mejorar el JSC.

Relación entre el ancho del HSC y el PCE:

La eficiencia de conversión de energía (PCE) aumenta con el aumento del ancho del HSC, pero hay un punto óptimo más allá del cual la eficiencia comienza a disminuir.

En las celdas SHJ-IBC que utilizan HSC de pa-Si:H, el PCE alcanza el 27,01 % cuando el ancho de la HSC es de 220 μm. En las celdas SHJ-IBC que utilizan HSC de p-nc-Si:H, el PCE alcanza el 27,38 % cuando el ancho de la HSC es de 120 μm.

Al reducir el ancho del espacio de 80 μm a 20 μm, el PCE de la celda con p-nc-Si:H HSC se puede mejorar aún más hasta el 27,51 %.

Corriente de cortocircuito (JSC): La JSC para los tres casos fue cercana a 42,5 mA cm^-2, lo que indica que la densidad de corriente fotogenerada se mantuvo constante en todos los diseños.

Voltaje de circuito abierto (VOC): Las células que utilizan HSC de silicio nanocristalino (nc-Si:H) presentaron un VOC más alto que las células que utilizan HSC de silicio amorfo (a-Si:H). La reducción del ancho de la abertura de 80 μm a 20 μm mejoró ligeramente el VOC de las células que utilizan HSC de nc-Si:H.

Factor de llenado (FF): Las células que utilizaron HSC nc-Si:H exhibieron una FF mayor que las células que utilizaron HSC a-Si:H.

La reducción del ancho del espacio mejoró aún más la FF de las celdas que utilizan HSC nc-Si:H.

Eficiencia de conversión de energía (PCE):

El PCE de las células que utilizan HSC a-Si:H fue del 27,01 %.

El PCE de las células que utilizan HSC nc-Si:H fue del 27,38 %.

Al reducir el ancho del espacio de 80 μm a 20 μm aumenta el PCE de la celda que utiliza nc-Si:H HSC al 27,51 %.

Mediante la creación de un modelo gemelo digital de células solares de heterojunción de silicio (SHJ) de alta eficiencia, se evaluó el límite de eficiencia real de las células solares SHJ-IBC. La eficiencia de Las células SHJ-IBC que utilizan HSC amorfas pueden alcanzar un 27,01 % y un 27,38 % con HSC nanocristalinas. Reducir el ancho de la abertura de 80 μm a 20 μm puede aumentar la eficiencia al 27,51 %.