1. 研究背景
SHJ太阳能电池大规模应用面临的主要挑战是其对稀缺关键材料（如银 (Ag)、铟 (In) 和铋 (Bi)）的消耗量过高。本研究的重点是减少铟的用量，特别针对的是作为SHJ电池正面和背面透明导电氧化物 (TCO) 的关键组件——氧化铟锡 (ITO) 层。
2. 研究方法
光学模拟: 研究人员利用PV Lighthouse的OPAL 2在线工具模拟了不同ITO层厚度 (dITO,txt) 和掺杂浓度 (Ne) 对短路电流密度电位 (JSC,pot) 的影响。建立了四种模拟场景：有无介电层 (Al2O3)，以及空气或玻璃界面。
实验制备和表征: 使用行业相关的工艺制备了对称金属化的太阳能电池和分流结构，改变了ITO的厚度和掺杂。使用HALM IV电池测试仪对电池和结构进行表征，提取IV参数（短路电流 (JSC)、开路电压 (VOC)、填充因子 (FF)、串联电阻 (RS)）和分流电阻 (RP)。传输长度法 (TLM) 测量确定了薄层电阻 (Rsh) 和接触电阻率。对沉积在玻璃基板上的ITO层进行霍尔测量，以获得掺杂和迁移率信息。额外步骤是在选定的样品上沉积介电Al2O3层，以验证模拟结果。
3. 研究内容
光学模拟结果: 模拟结果表明，降低ITO厚度会导致反射率增加，JSC,pot降低，尤其是在空气中。组件集成可以减轻这种影响。添加介电层可以有效补偿薄ITO层的光学损耗，保持甚至提高JSC,pot。
实验结果: 实验数据在很大程度上验证了模拟结果。将ITO厚度降低60%会导致Rsh略微增加，但这可以通过增加掺杂浓度来补偿。该研究调查了ITO层厚度对太阳能电池正面 (FS) 和背面 (RS) 的影响，注意到RS对厚度降低不太敏感。分析了Rsh、接触电阻率和RS之间的相互作用。
效率分析: 作者估计了ITO厚度降低对电池和组件效率 (η) 的影响。虽然仅减少ITO会在电池层面造成明显的效率损失，但在组件集成中这些损失会得到缓解。使用介电覆盖层有助于即使在ITO厚度大幅降低的情况下也能保持或提高效率。
4. 研究结论
该研究证明了在不显著降低效率的情况下大幅降低SHJ组件中铟消耗的可行性。主要发现包括：
在组件层面，ITO厚度在正面和背面同时降低60%是可以实现的，可接受的效率损失为0.5%绝对值。
添加介电层允许在不损失效率的情况下将FS ITO厚度降低80%。
同时优化掺杂浓度和厚度降低对于保持可接受的电性能至关重要。
需要进一步研究以调查高Rsh ITO层中的电流集中效应以及优化金属化图案的影响。
5. 图文解析
图1：四种电池/组件场景。
这幅图阐述了在OPAL 2软件中使用的四种不同的模拟场景。它显示了电池堆叠配置的示意图，区分了介电层（Al2O3）的有无以及界面材料（空气或玻璃）。关键在于可视化了用于评估ITO厚度和掺杂对光吸收和反射影响的不同光学模型。如果没有图像本身，更精确的描述是不可能的。
图2：SHJ电池和分流结构的结构。
这幅图描绘了所制造的SHJ太阳能电池和分流结构的横截面视图。它将显示层堆叠（c-Si、a-Si:H层、ITO、金属接触），突出显示两种结构类型的体系结构差异。其重要性在于理解实验样品是如何设计的，以测量ITO层性能的不同方面（例如，通过太阳能电池测量串联电阻，通过分流结构测量接触电阻率）。同样，详细的分析需要实际的图表。
图3：太阳能电池生产流程。
这是一个流程图，说明了制造SHJ太阳能电池的步骤。它将详细说明工艺步骤，例如清洗、织构化、a-Si:H层的PECVD沉积、具有不同参数的ITO的PVD沉积以及最后的金属化。这幅图为了解实验方法和不同参数的控制提供了背景。每个步骤的细节对于重现性和理解潜在的偏差来源至关重要。
图4：ITO沉积过程中厚度变化的照片。
这幅图是一张照片，展示了沉积过程中达到的不同ITO厚度，不同区域具有不同的ITO厚度，直观地展示了研究中使用的变化范围。该图允许对厚度变化进行视觉确认，并对沉积过程的均匀性进行定性评估。
图5：不同场景下，FS ITO层厚度和掺杂变化的模拟短路电流电位。
这是一个关键的结果图。它显示了图，将模拟的JSC,pot作为ITO厚度 (dITO,txt) 的函数，针对不同的掺杂浓度 (Ne) 和图1中概述的四种场景（有/无介电层，空气/玻璃界面）。这些图直观地展示了ITO厚度和掺杂对光吸收和反射的影响，验证了介电层的选择及其对性能的影响。详细的分析需要观察具体的趋势：介电层对减轻反射损耗的影响、不同掺杂水平下的最佳ITO厚度以及空气和玻璃界面之间的差异。
图6：在ITO上沉积优化的介电覆盖层时，模拟与测量的光学增益比较。
这幅图比较了在不同厚度的ITO上添加介电Al2O3覆盖层后，模拟和实验测得的JSC增加量。它直观地证明了模拟模型与实验结果之间的一致性，验证了模拟的准确性和预测能力。良好的相关性将加强从模拟中得出的结论。
图7：TLM测量结果：(a) 薄层电阻Rsh，(b) 薄层体电阻率ρbulk,ITO和(c) 金属-ITO接触电阻率ρc,c-Si,a-Si,ITO。
这幅图显示了TLM测量的结果，将(a) 薄层电阻 (Rsh)、(b) 体电阻率 (ρbulk,ITO) 和 (c) 接触电阻率 (ρc,c-Si,a-Si,ITO) 绘制成ITO厚度和掺杂浓度的函数。这些图对于理解ITO特性对电学特性的影响至关重要。分析每个图中的趋势——Rsh、ρbulk,ITO和ρc,c-Si,a-Si,ITO如何随ITO厚度和掺杂而变化——对于理解降低ITO厚度所涉及的权衡至关重要。
图8：不同dITO,txt在电池FS和RS上的JSC电池测试结果。
这幅图将太阳能电池测量的JSC绘制成电池正面 (FS) 和背面 (RS) 上ITO厚度的函数。它直观地展示了ITO厚度降低对电池发光的影响，突出了与RS相比，FS的影响更强。分析将涉及将趋势与模拟结果（图5）进行比较，以评估相关性。
图9：串联电阻RS的电池测试结果。
这幅图显示了测得的串联电阻 (RS) 作为FS和RS上ITO厚度的函数。它直观地展示了ITO特性变化如何影响电池的整体串联电阻，这是决定电池效率的关键因素。分析两侧ITO厚度、掺杂和RS之间的相互作用，对于理解优化策略的影响至关重要。
图10：ITO在电池FS和RS上变化的RS与Rsh的散点图（左）以及与电池FS的ρc,c-Si,a-Si,ITO的散点图（右）。
这些散点图显示了RS与其他关键参数之间的相关性：Rsh（左）和接触电阻率ρc,c-Si,a-Si,ITO（右）。它们对于理解不同因素如何影响整体串联电阻以及建立微观特性（Rsh、ρc,c-Si,a-Si,ITO）与宏观性能（RS）之间的关系至关重要。
图11：与未加盖的参考样品相比，具有介电覆盖层的样品在FS上ITO厚度变化的预期电池和组件效率变化。
这幅图显示了在FS上具有不同ITO厚度的电池和组件的计算效率 (η) 变化，无论是否具有介电覆盖层。它总结了所研究的ITO厚度降低策略对整体效率的影响。分析将重点关注与不同的厚度降低策略相关的效率增益或损失，以及介电覆盖层的重要影响。
