外部匯流排改善多結太陽能電池電流生成的影響

核心概念

將匯流排移至多結太陽能電池活性區域外部的創新設計，能減少陰影損耗並提高效率，尤其適用於微型聚光太陽能電池應用。

摘要

研究目標：
本研究旨在探討一種先進的前接觸網格設計，該設計將匯流排置於活性區域之外，以提升 III-V 族多結太陽能電池的性能。
方法：

研究人員製作了具有不同電介質偏移量的 GaInP/GaAs/GaInNAsSb 三結太陽能電池，並採用外部匯流排的網格設計。
使用電致發光 (EL) 和電流-電壓 (IV) 量測來評估元件性能。
進行接觸電阻量測以分析金屬-半導體介面的電氣特性。
主要發現：

與沒有額外接觸層 GaAs 蝕刻的太陽能電池相比，在接觸金屬沉積之前進行額外蝕刻步驟的太陽能電池表現出顯著的性能提升。
額外蝕刻步驟使平均填充因子值顯著提高，SC1 和 SC2 太陽能電池分別從 77.3% 提高到 83.8% 和從 79.5% 提高到 84.6%。
轉換效率值也因額外蝕刻而顯著提高，SC1 和 SC2 太陽能電池分別從 24.4% 提高到 26.2% 和從 23.6% 提高到 26.0%。
EL 成像顯示，未經額外蝕刻的太陽能電池的 GaInP 子電池的 EL 分佈不均勻，而經過額外蝕刻的太陽能電池則顯示出更均勻的 EL 分佈。
接觸電阻量測表明，電介質雙層的電漿蝕刻會導致接觸層 GaAs 材料品質下降，從而導致寄生電阻損耗增加。
主要結論：

在接觸金屬沉積之前蝕刻接觸層 GaAs 對於獲得良好的單日照 IV 性能和均勻的 EL 空間分佈至關重要。
額外的蝕刻步驟有助於減輕電漿蝕刻引起的損壞，從而改善金屬-半導體介面並降低電阻損耗。
將匯流排置於活性區域之外的網格設計在最大程度地減少陰影損耗和與暗區相關的電壓損耗方面具有潛力，使其特別適用於聚光太陽能 (CPV) 和微型聚光太陽能 (µCPV) 應用。
意義：
本研究強調了在具有外部匯流排的先進接觸網格設計中優化接觸層 GaAs 蝕刻步驟的重要性，以實現高效 III-V 族多結太陽能電池。研究結果為進一步開發用於 µCPV 應用的高性能太陽能電池提供了寶貴的見解。
局限性和未來研究：

未來需要進行研究，以優化接觸層 GaAs 的蝕刻深度，以在聚光條件下獲得最佳性能。
應探索替代的、非破壞性的蝕刻方法，以最大程度地減少電漿引起的損壞並進一步提高元件性能。

統計資料

額外蝕刻步驟使 SC1 太陽能電池的平均填充因子值從 77.3% 提高到 83.8%。
額外蝕刻步驟使 SC2 太陽能電池的平均填充因子值從 79.5% 提高到 84.6%。
額外蝕刻步驟使 SC1 太陽能電池的轉換效率值從 24.4% 提高到 26.2%。
額外蝕刻步驟使 SC2 太陽能電池的轉換效率值從 23.6% 提高到 26.0%。
電漿損壞深度超過 100 奈米，但根據接觸電阻率測量結果小於 150 奈米。

從以下內容提煉的關鍵洞見

External busbars for improving current generation in multijunction solar cells

by Mari... 於 arxiv.org 11-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.06514.pdf

深入探究

這項研究的結果如何應用於其他類型的太陽能電池或光伏裝置？

這項研究著重於改善多結太陽能電池中電流生成的外部匯流排設計，其結果可以應用於其他類型需要高效電流收集和最小化遮蔽損耗的太陽能電池或光伏裝置。

其他類型多結太陽能電池： 此設計可以直接應用於其他類型的多結太陽能電池，例如用於太空應用的 GaInP/GaInAs/Ge 三結太陽能電池。
高濃度光伏 (HCPV)： 外部匯流排設計在 HCPV 系統中特別有利，因為它可以減少電阻損耗，並允許使用更小的太陽能電池，從而降低材料成本。
薄膜太陽能電池： 此概念可以調整並應用於薄膜太陽能電池，例如 CIGS 或鈣鈦礦太陽能電池，以改善電流收集並減少遮蔽效應。
然而，對於每種太陽能電池技術，都需要根據其特定特性（例如材料特性和製造工藝）仔細考慮和調整設計和製程。

如果完全避免電漿蝕刻並探索替代的接觸層 GaAs 製備方法，會發生什麼？

完全避免電漿蝕刻並探索替代的接觸層 GaAs 製備方法可以潛在地提高裝置效能並簡化製造過程。以下是一些替代方案：

濕式化學蝕刻： 濕式蝕刻可以提供無損傷的蝕刻製程，最大限度地減少電漿引起的損壞。然而，濕式蝕刻的各向同性可能會限制其在需要精確圖案化的應用中的使用。
光輔助化學蝕刻： 光輔助化學蝕刻可以實現選擇性區域的蝕刻，並減少對底層材料的損壞。
原子層蝕刻 (ALE)： ALE 是一種基於電漿的蝕刻技術，但它使用自限性反應，可以實現高度精確和可控的蝕刻，從而最大限度地減少損壞。
然而，這些替代方法可能會有其自身的局限性，例如蝕刻速率較慢或需要額外的製程步驟。需要進一步研究以優化這些方法，以實現所需的接觸層特性。

這種外部匯流排設計如何影響太陽能電池模組的整體成本和製造複雜性？

雖然外部匯流排設計提供了各種優勢，但它也會影響太陽能電池模組的整體成本和製造複雜性：
成本：

材料使用減少： 由於匯流排位於活性電池區域之外，因此可以減少 III-V 材料的使用，從而降低材料成本。
額外製程步驟： 在介電層中形成開口和實現外部匯流排連接所需的額外製程步驟可能會增加製造的複雜性和成本。
製造複雜性：

對準和圖案化： 在介電層中形成開口需要精確的對準和圖案化技術，這可能會增加製造的複雜性。
互連： 將外部匯流排連接到太陽能電池的其他組件可能需要額外的製程步驟和材料。
總體而言，外部匯流排設計對成本和製造複雜性的影響將取決於具體的設計和製造工藝。需要仔細優化以平衡效能提升與任何額外成本或複雜性。