基于机械堆叠TOPCon/HIT/PERC的硅基串联太阳能电池在反照率变化光强下的性能优化研究

为解决单结太阳能电池效率受限于Shockley-Queisser极限的问题，研究人员开展了TOPCon/TOPCon、TOPCon/HIT和TOPCon/PERC机械堆叠串联电池的性能研究。通过四端并联/串联配置测试发现，TOPCon/TOPCon并联结构在0.5太阳反照率下效率达31.48%（Voc=1.42 V，Jsc=52.68 mA/cm2），为双面光伏系统设计提供了优化方案。

　　

在全球能源转型背景下，太阳能电池技术正面临效率瓶颈的挑战。传统单结硅电池的理论效率极限仅为33%，而串联结构通过叠层设计可突破这一限制。然而，现有研究多聚焦于单面光照条件，忽视了实际应用中地面反射光（反照率）对双面组件的增效潜力。如何通过材料组合和电路配置最大化利用直射与反射光能，成为光伏领域亟待解决的关键问题。

来自（需补充第一作者单位名称）的研究团队在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》发表的研究中，创新性地将TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）技术与HIT（本征薄层异质结）、PERC（钝化发射极和背面电池）进行机械堆叠组合，系统评估了不同结构在0.1-0.5太阳反照率下的光电转换性能。研究采用四端子独立测量系统，通过铜带实现串联/并联电路连接，结合标准AM1.5G光源和可变强度反射光模拟装置，精确量化了J_sc（短路电流密度）、V_oc（开路电压）等关键参数。

【关键方法】

研究通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）制备PERC电池的SiN_x减反射层，采用ALD（原子层沉积）生长TOPCon的Al₂O₃/SiO_x钝化层，并利用激光开槽技术实现局部背接触。性能测试采用双面光照夹具，同步施加1太阳前照光和0.1-0.5太阳背照光，通过Keithley 2450源表获取I-V曲线。

【研究结果】

1. 结构特性：TOPCon/TOPCon结构通过n⁺多晶硅/SiO_x（1.2-2.0 nm）双层钝化，表面复合速度低于HIT和PERC，使载流子寿命提升40%。

2. 并联配置优势：在0.5太阳反照率下，并联结构的电流叠加效应使TOPCon/TOPCon的J_sc达52.68 mA/cm²，较串联配置（17.81 mA/cm²）提升195%。

3. 效率对比：TOPCon/TOPCon并联效率（31.48%）显著高于TOPCon/HIT（29.33%）和TOPCon/PERC（29.05%），归因于其81.43%的FF（填充因子）和1.42 V的V_oc。

4. 光强响应：反照率每增加0.1太阳，并联体系效率平均提升2.5%，证明双面设计对低角度光的捕获能力。

【结论与意义】

该研究首次实证了机械堆叠四端结构在非均匀光照下的性能优势，揭示了TOPCon双面钝化对抑制载流子复合的关键作用。相比传统单片串联电池，该设计通过独立优化子电池电压/电流，解决了光谱失配问题，为雪地、沙漠等高反照率环境的光伏系统提供了31.48%效率的解决方案。研究团队提出的铜带互联工艺，为规模化生产兼具高效率和低成本的双面串联组件奠定了技术基础。