太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，太陽能電池通過利用光伏效應可將太陽輻射能直接轉變為電能，其應用技術成熟，安全可靠，受到各國廣泛重視。
晶體矽太陽能電池由於原材料豐富，工藝技術成熟，已一統天下十幾載，占據著太陽能電池市場的優勢地位，被廣泛應用到地麵電站、建築光伏等領域。如美國蘋果公司的總部大樓就大量融入了晶體矽太陽能電池麵板（下圖），不僅每年可提供蘋果公司約7個月的工作用電，還烘托出建築所具有的獨特科技美感。
大量采用晶體矽太陽能電池麵板的蘋果新總部Campus 2（圖片來自網絡）
叉指背接觸（Interdigitated Back Contact，IBC）晶矽太陽能電池作為一種高效太陽能電池，其轉換效率達25.2%，接近單晶太陽能電池極限效率26.2%。該電池是基於正負金屬電極交叉排列在電池背麵的叉指背接觸（Interdigitated Back Contact，IBC）結構，不僅有效避免了電極造成的遮光損失，提高了電池轉換效率，同時由於電池正麵無金屬柵線，給人獨特的美感，是下一代晶體矽太陽能電池的重要的發展方向。
但是，IBC電池對背部摻雜和電極以及對應的界麵特性和場效應非常敏感，合適的發射區摻雜分布和優異的背表麵鈍化有助於提升IBC電池性能，提高電池轉換效率，因此，IBC晶矽太陽能電池研究的重點在於優化背麵摻雜區和金屬電極圖形結構、調控界麵特性以及降低生產成本。
針對此問題，中國科學院上海高等研究院李東棟研究員課題組利用數值計算方法對IBC晶矽太陽能電池的結構參數進行優化研究，他們著重研究了電池器件中的多種能量損失途徑，係統分析了矽片厚度，電池背麵發射區、隔離區和背表麵場的麵積比以及發射區金屬接觸的分布和線寬對電池性能的影響，為IBC高效電池的製備提供參考借鑒意義。具體研究成果發表在《激光與光電子學進展》 第八期 。
研究中采用的太陽能電池結構如下圖所示。該研究通過對電池內部自由能損失的類型和程度進行定量分析，闡明了複合損失、電阻損失等能量損失對電池性能的影響，發現其中體電阻損失和接觸複合損失在電池總損失中占比較大，為高效晶矽太陽能電池的設計和製備提供有益的參考。
（a）IBC電池一個周期的三維結構示意圖（b）Si襯底與背麵鈍化層之間界麵的剖麵圖
研究人員表示，繼續減小金屬/介質的接觸麵積有助於進一步提高電池轉換效率，因此後續研究將著重於在電池背麵采用點狀摻雜與點狀電極接觸的方式來降低接觸複合損失，以期獲得更高的效率。
論文信息:
胡凡 , 曹雙迎 , 殷敏 , 陳小源 , 李東棟 . 叉指背接觸晶矽太陽電池背麵摻雜區和金屬電極圖形結構的優化 [J]. 激光與光電子學進展 , 2017, 54(8): 080401
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