叉指背接觸（IBC）晶體硅太陽能電池因其高短路電流（Jsc）和理論效率接近29.4%的潛力，成為光伏領域的研究熱點。其結構通過將正負電極移至背面，避免了傳統前接觸電池的金屬遮擋問題，同時提升了光捕獲能力和載流子收集效率。然而，IBC電池的產業化應用受限于復雜制造工藝（如背接觸對準精度）及背面復合損失等問題。現有研究多聚焦于發射極寬度或接觸類型優化，但對硅片參數（如厚度、電阻率、體壽命）與幾何設計（如面積占比）的系統性協同研究仍不足。本研究基于Quokka3模擬平臺，結合美能QE量子效率測試儀對光譜響應的精準量化能力，深入分析關鍵參數對IBC電池性能的影響，提出優化方案以提升效率至26.64%，為實驗制備提供理論指導。

IBC太陽能結構的模型示意圖

硅片參數優化

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a) 硅片電阻率與厚度對效率的影響；b) 體壽命與厚度對效率的影響

硅片厚度、電阻率與體壽命是決定IBC電池性能的核心參數。通過三維模擬發現，當硅片厚度從80 μm增至200 μm時，效率提升顯著。結合電阻率1 Ω·cm與體壽命≥10 ms的條件，效率可達24.85%。進一步優化表明，體壽命延長至10 ms以上可有效抑制基底復合，提升開路電壓（Voc）與填充因子（FF）。此外，硅片電阻率過低（＜1 Ω·cm）會導致串聯電阻增加，而過高（＞2 Ω·cm）則限制載流子濃度，因此1 Ω·cm為最優選擇。

表面鈍化技術影響

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前/后表面J0對a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影響

前/后表面鈍化質量直接影響Voc與Jsc。模擬顯示，當前后表面復合電流密度（J0）從50 fA·cm?2降至1 fA·cm?2時，Voc提升約25.4 mV，效率增加1.91%。此結果表明，采用高質量鈍化層（如原子層沉積Al2O3）可顯著降低表面復合損失。值得注意的是，后表面鈍化需兼顧均勻性與厚度，過厚鈍化層可能導致寄生吸收損失。

背面結構設計與電阻率優化

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硼發射極背面a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η隨電阻率與J0的變化

磷擴散背面a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η隨電阻率與J0的變化

背面硼發射極與磷擴散BSF的電阻率（Rsheet）和復合速率（J0）對性能至關重要。模擬表明，硼發射極Rsheet=100 Ω/□、J0=1 fA·cm?2時，效率達26.05%；而磷擴散BSF在Rsheet=50 Ω/□、J0=1 fA·cm?2時，效率進一步提升至26.25%。條狀接觸結構因橫向導電性優于點狀接觸，可降低串聯電阻并提升FF。此外，發射極與BSF間需保持適當間隙以避免隧道結效應導致的低偏壓穿透風險。

面積占比與復合控制

硼發射極面積占比與J0對a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影響

磷擴散面積占比與J0對a) Voc、b) Jsc、c) FF、d) η的影響

硼發射極面積占比增加可提升Jsc，但需控制J0＜10 fA·cm?2以抑制復合損失。模擬顯示，發射極占比70%時效率最優。對于磷擴散BSF，面積占比超過10%會導致Voc下降，因此建議BSF面積≤30%并優化J0＜1 fA·cm?2。此外，間隙區域需最小化以減少陰影損失，同時避免發射極與BSF直接接觸引發隧道效應。本研究通過Quokka3模擬明確了IBC電池高效化的關鍵參數：硅片厚度200 μm、電阻率1 Ω·cm、體壽命≥10 ms、發射極占比70%、前后表面J0≤1 fA·cm?2。在此條件下，理論效率達26.64%（Voc=737.9 mV, Jsc=42.06 mA/cm2, FF=85.85%）。研究為IBC電池設計提供了實驗依據，未來可結合新型鈍化材料（如超薄SiCx:H）與激光摻雜技術進一步降低復合損失，推動其產業化進程。

美能QE量子效率測試儀

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美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應偏低區域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優勢。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素燈雙光源結構，保證光源穩定性

美能QE量子效率測試儀可精準驗證優化后電池的Jsc提升與光譜響應特性，為實驗參數校準提供關鍵支撐。也為IBC電池設計提供了實驗依據，推動其產業化進程。

原文參考：Systematic Modeling and Optimization for High-Efficiency Interdigitated Back-Contact Crystalline Silicon Solar Cells

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