一、研究背景
SHJ 太阳能电池以其高效率、低温制程、低温度系数和易于与串联技术兼容等优势，成为很有前景的下一代太阳能电池技术。然而，SHJ 电池目前广泛使用铟基透明导电氧化物 (TCO) 材料，例如氧化铟锡 (ITO)，这导致了对稀缺铟资源的过度依赖，限制了 SHJ 电池的大规模生产。 因此，减少或消除 SHJ 电池对铟的依赖成为重要的研究方向。
二、实验方法
为了减少铟的使用，研究人员采用了两种策略：
1. 降低 TCO 厚度并添加抗反射层: 在电池正面，将 ITO 厚度降低到 15 nm，并在其上沉积抗反射介电层 (SiNx, SiOx 或 SiNx/SiOx 双层结构) 以补偿光学性能损失。在电池背面，则使用氢化氧化铟金属 (IMO:H) 薄膜，厚度降低到 30 nm。
2. 研究不同材料组合: 研究人员比较了使用不同介电层 (SiNx, SiOx, SiNx/SiOx) 的电池性能和稳定性，并研究了在正面使用 (n) nc-Si:H 选择层代替 (n) a-Si:H 选择层对电池性能的影响。
电池制备在 M2 n 型 CZ 硅片上进行，并进行了标准的背面发射极 6 总线 SHJ 电池工艺。 研究人员将制备的电池制成组件，并进行紫外线老化和湿热老化测试，以评估其可靠性。老化测试遵循 IEC 61215 标准。
三、结果与讨论
1. 正面介电层的研究: 结果表明，与 100 nm ITO 参考电池相比，15 nm ITO + DARC 电池在短波长范围内具有更高的外部量子效率 (EQE)，因为较薄的 ITO 减少了寄生光吸收。在紫外线老化测试中，使用 SiNx 介电层的电池表现出最佳的稳定性，其最大功率 (Pmax) 在 120 kWh 紫外线照射后甚至超过了参考电池。SiOx 和 SiNx/SiOx 双层结构也表现出优于参考电池的稳定性。
2. 正面和背面铟减量组合: 通过将 15 nm ITO + SiNx DARC 的正面结构与 40 nm 或 30 nm IMO:H 背面结构组合，分别实现了 72.1% 和 77.2% 的铟减量。结果显示，铟减量导致填充因子 (FF) 和开路电压 (Voc) 略有下降，但短路电流 (Jsc) 提高，从而总体效率损失很小 (小于 0.1% 绝对值)。使用 (n) nc-Si:H 选择层可以进一步减小效率损失。光致老化测试显示，铟减量对光致老化影响较小。
3. 组件可靠性: 紫外线老化测试结果显示，具有薄 TCO 层的组件比参考组件的 Jsc 衰减更小，EQE 稳定性更好。湿热老化测试结果表明，低铟含量组件在初始阶段与参考组件的 FF 衰减相似，但在 2000 小时和 3000 小时后，FF 衰减略大，但 Pmax 损失仍然限制在 2.3% 以内，表现出良好的耐湿热性。使用 (n) nc-Si:H 选择层的组件在 3000 小时湿热老化测试后，其性能损失低于 IEC 61215 标准规定的 5%。
四、研究结论
这项研究成功地证明了在 SHJ 太阳能电池中将铟含量减少 77.2% 的同时，电池效率损失小于 0.1% 绝对值。 这主要得益于在正面使用 15 nm ITO + SiNx DARC 结构，以及在背面使用 30 nm IMO:H 薄膜。组件可靠性测试结果表明，该方法制备的组件具有良好的紫外线稳定性和耐湿热性，为 SHJ 太阳能电池的大规模工业化生产提供了新的可能性。 SiNx 抗反射层在提升紫外稳定性方面表现最佳。 研究结果为低铟含量 SHJ 太阳能电池的商业化应用提供了坚实的基础。
图1：三种降低铟含量的 SHJ 太阳能电池方案示意图。
这张图包含三个示意图，分别展示三种降低 SHJ 太阳能电池中铟含量的策略。其中一个可能是对照组（高铟含量），另外两个则展示了研究中使用的两种方法：降低 ITO 厚度并添加抗反射涂层，以及使用无铟 TCO 或多层结构。
图2：（左）每批次生产的四个组件在紫外线照射前测得的最大功率；（右）紫外线照射 120 kWh 后其相对变化。
这张图包含两个柱状图。左图显示四个组件（参考组、DARC SiOx、DARC SiNx/SiOx 和 DARC SiNx）在紫外线照射前的初始最大功率 (Pmax)。右图显示这四个组件在紫外线照射 120 kWh 后 Pmax 的百分比变化，用于展示它们在紫外线应力下的相对稳定性。
图3：（左）组件在紫外线照射前的 EQE 曲线；（右）紫外线照射 120 kWh 后的相对变化。
这张图绘制了外量子效率 (EQE) 与波长的关系。左图显示四个不同组件在紫外线照射前的 EQE 曲线，突出了不同波长下光吸收和转换效率的差异。右图显示紫外线照射 120 kWh 后 EQE 的百分比变化，说明了每个组件在紫外线应力下的退化情况。表明参考组件在红外范围内显示出明显的退化。
图4：表 1 中每批次有限数量的电池在金属化处理前后以及光致老化处理 (LS) 后的效率、填充因子 (FF) 和开路电压 (Voc)。
这张图比较不同电池批次在光致老化前后以及金属化处理后的效率、填充因子 (FF) 和开路电压 (Voc)。它展示了光致老化和铟减量对电池性能的影响。
图5：（左）组件在紫外线照射前的 EQE 曲线；（右）紫外线照射 30 kWh 后的相对变化。
与图 3 类似，这张图可能显示了紫外线照射前后（但照射时间较短，为 30 kWh）的 EQE 曲线。它突出了具有较薄 ITO 层和 SiNx 抗反射层的组件具有更好的紫外线稳定性。
图6：湿热 (DH) 暴露后 FF 和 Voc 的相对变化。三个微型组件的平均值。
这张图显示三个微型组件在湿热 (DH) 暴露一段时间后的 FF 和 Voc 的相对变化。它显示了在湿热条件下的稳定性，并比较了不同铟含量的组件。
