Aaron PV
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/ TOPCon电池设计讨论：前结 vs 背结 /
FJs vs BJs结构综合比较
前表面效率损失，考察前表面方阻-效率影响 前表面方阻越高，表示掺杂量越少，复合越少对应饱和电流密度越低 电子的迁移率约为空穴迁移率的三倍，载流子收集机制由电子主导的结构，电流损失低于空穴主导机制。 FJ结构中，迎光面未设置导电层条件下且无n+ 层p-FJ结构，导向金属区域的载流子输运由电子主导，电流损失较低；对于n-FJ结构，载流子输运由多子（电子）主导，效率损失不明显（电子密度高而不受影响） 设置了TCO导电层的结构，载流子输运机制差异影响基本忽略。一维传输 vs 二维传输，一维完胜 高电阻率硅片，受载流子少子寿命影响更敏感 工业用硅片，p硅片主流电阻率范围0.5~2 Ω·cm，p-BJ效率更有优势 p-BJ TOPConRe结构（硅片电阻率控制住~ 1 Ω·cm，少子寿命~2ms以上）相比n-FJ TOPCon结构效率更有优势 Fz-Si品质比Cz-Si更好（金属杂质和氧含量更低） B掺杂p型硅 B-O对影响，光衰问题。掺镓硅片的优势无光衰
不同电池设计特性表征
晶硅电池1990~2020年近30年来研究的主流结构
PERL/PESC/PERC FJ (UNSW) SHJ FJ / HJT (Sanyo/Panasonic) TOPCon FJ (Fraunhofer ISE) IBC (SunPower) TOPCon BJ, TOPConRE (rear emmiter)
各结构效率制约因素：
PERC电池：金属接触区的复合 FBC SHJ结构：a-Si:H膜层的寄生吸收、TCO膜层电导率及膜层寄生吸收、透光率 TOPCon FJ结构：前表面的钝化特性/膜层寄生吸收问题、金属接触区域的复合。最高效率记录 25.8%（JK）
TOPCon BJ电池优势
p型硅片TOPCon BJ结构p-BJ：
前表面（迎光面）：SiNx/AlOx叠层钝化-B掺杂 p+层-p型硅片 背表面：P磷扩n区在背面形成pn结BJ/SiOx/poly-Si（n+）/SiNx
对比组，n型TOPCon FJ结构n-FJ：
前表面（迎光面）：SiNx/AlOx叠层钝化-B扩散p区在正面形成pn结-n型硅片 背表面：SiOx/poly-Si（n+）/SiNx
结果讨论
p-BJ硅片电阻率对FF影响较大，1Ω·cm 84.5% vs 10Ω·cm 82.5%。表明电阻引起的效率损失严重，p-BJ结构空穴电导率效率敏感性； p-BJ电流密度，随着硅片体电阻率的降低而减小 p型硅片电阻率1 Ω·cm掺杂浓度高，俄歇复合相对较高
>26%晶硅电池设计的一些规则：
BJ设计是省略正面导电层的关键，对于正面局域金属接触，硅片本身的多子输运在横向载流子输运过程效率很高
对于c-Si的掺杂源（硅片类型），n-BJ结构的高电子电导率在低掺杂Si中（电阻率> ~2 Ω·cm）优势不明显
对于c-Si的掺杂浓度，中等掺杂的c-Si（体电阻率 ~ 2 Ω·cm）受少子寿命的限制更小，中等掺杂浓度的硅片，p-BJ在平衡复合和载流子传输损失方便有一定有效，效率表现更好。
参考文献：
https://doi.org/10.1038/s41560-021-00805-w
Design rules for high-efficiency both-sidescontacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses
