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硅異質(zhì)結(jié)(SHJ)太陽(yáng)電池是天然雙面性的，其前表面與背面的參數(shù)比(雙面系數(shù))可以通過(guò)前表面和背面的金屬格柵圖案輕易調(diào)整。本文同時(shí)在電池和組件兩個(gè)層面，討論了電池雙面系數(shù)從典型值的90%增大到100%，或?qū)⑵錅p小到單面電池(0%)時(shí)好處與缺點(diǎn)之間的平衡。

對(duì)于背面有額外光照的系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，我們估算了在電池效率和雙面系數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡時(shí)雙面系統(tǒng)的有效性能。本文討論了當(dāng)將雙面系數(shù)設(shè)計(jì)得很高時(shí)，是如何以降低(正面)轉(zhuǎn)換效率為代價(jià)的，并討論了每個(gè)電池中銀漿使用量(電池成本的主要組成部分)如何密切影響電池雙面系數(shù)和效率。

使用對(duì)稱格柵圖案是獲得高電池雙面系數(shù)的一種簡(jiǎn)單方法，但如果正反兩面都使用典型正面圖案的金屬格柵，會(huì)帶來(lái)高電阻率的代價(jià)。相反，如果正反兩面都使用背面圖案則可能導(dǎo)致陰影過(guò)多的情況。

此外，在雙面系數(shù)非常高的情況下，如果在背面上使用較薄的非晶硅層來(lái)對(duì)稱化電池的光吸收，會(huì)導(dǎo)致背面發(fā)射極電池效率的降低。因此，對(duì)于背面輻照度不變且系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行也不變的情況下，可以找到最佳的折中方案。類似地，對(duì)于給定電池類型，可以對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以優(yōu)化在特定雙面系數(shù)下的性能收益。

當(dāng)大部分光從背面入射且電池雙面系數(shù)從85%到95%之間時(shí)，傾斜組件的功率輸出是最大的。對(duì)金屬格柵進(jìn)行優(yōu)化(正面金屬格柵間距通常為1.2至2mm，背面金屬間距為0.6至0.9mm)可以將相對(duì)功率輸出提升3%。至于傾向于采用對(duì)稱印刷網(wǎng)格的建筑一體化或垂直安裝系統(tǒng)，最佳網(wǎng)格間距約為1.5mm。對(duì)于單面系統(tǒng)，雙面電池也是更好的選擇，因?yàn)椴ＡП嘲褰M件中的內(nèi)部反射增加了電池背面光吸收，同時(shí)也節(jié)省了背面金屬化成本。

雙面應(yīng)用正在爆發(fā)

正如ITRPV預(yù)測(cè)的那樣，雙面光伏系統(tǒng)正處于真正的快速部署階段，預(yù)計(jì)在未來(lái)五年內(nèi)將增長(zhǎng)14倍。它不再是專為效率最高的電池而保留的利基技術(shù)，而是“降低每千瓦時(shí)成本的巨大飛躍”，可適用于當(dāng)前和未來(lái)的主要電池技術(shù)，包括PERC(鈍化發(fā)射極和背面電池)、PERT (鈍化發(fā)射極)背面完全擴(kuò)散)、TOPCon (隧道氧化物鈍化接觸)、SHJ (硅異質(zhì)結(jié))和IBC (指叉背接觸)。

因此，最近通過(guò)模擬仿真和收集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方式對(duì)單組件安裝系統(tǒng)的雙面收益以及LCOE (平均電力成本)進(jìn)行了深入研究。這些基于特定電池和組件類型的研究，對(duì)于光伏安裝公司在考慮特定項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)條件時(shí)如何選擇最相關(guān)的技術(shù)并對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是非常有幫助的。然而，在此之前，對(duì)電池雙面系數(shù)進(jìn)行修改的可行性尚未被充分考慮到。

SHJ太陽(yáng)電池由非常薄的氫化非晶硅層(a-Si:H)、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)和沉積在硅片兩面的金屬化網(wǎng)格組成對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是天然雙面性的。通過(guò)使用不同金屬化網(wǎng)格圖案可以改變主柵和無(wú)主柵SHJ電池的雙面系數(shù)(BFcell)，而本文是該系列研究的延續(xù)工作；隨后研究了對(duì)電池效率的影響，以便估算系統(tǒng)輸出與背面輻照度之間的關(guān)系。此外，還將介紹正面和背面沉積薄膜的差異對(duì)雙面系數(shù)的影響，并將討論電池雙面系數(shù)達(dá)到100%的可能性。

實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和方法

實(shí)驗(yàn)所用電池是在位于法國(guó)國(guó)家太陽(yáng)能研究所INES的CEA SHJ中試線上制造的，采用的是商用全尺寸n型Cz硅片(M2尺寸，244.3cm2，來(lái)自LONGi)制造背發(fā)射極雙面接觸(絲網(wǎng)印刷低溫Ag漿)。在這里，每個(gè)I-V參數(shù)的雙面系數(shù)是指在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件 (STC)下測(cè)得的前后比率。BFcell是其中最低的系數(shù)，通常是指功率的比值。

首先，可以通過(guò)改變無(wú)主柵(無(wú)BB:Busbar)和主柵(BB)網(wǎng)格圖案上的子?xùn)砰g距來(lái)改變電池的雙面系數(shù)，本研究的圖案設(shè)計(jì)范圍包括從高密度背面網(wǎng)格(對(duì)應(yīng)低雙面系數(shù))到正面(FS)/背面(BS)等距網(wǎng)格，后者可以實(shí)現(xiàn)高雙面系數(shù)和對(duì)稱的電池外觀。子?xùn)砰g距的實(shí)際變化范圍在0.2到2.1mm之間。

所有I-V測(cè)試都是在AM1.5G STC條件下使用無(wú)背反射的I-V測(cè)試儀進(jìn)行的，并通過(guò)FHG ISE CalLab和ISFHCalTec認(rèn)證的參考電池進(jìn)行校準(zhǔn)。每個(gè)給定設(shè)計(jì)(無(wú)BB或BB)的雙面實(shí)驗(yàn)都是使用CEA-INES 基準(zhǔn)工藝流程對(duì)來(lái)自同一生產(chǎn)產(chǎn)線的電池進(jìn)行組件封裝的，并為每個(gè)絲網(wǎng)印刷批次隨機(jī)選擇一組電池樣品，并根據(jù)FS和BS網(wǎng)格間距(mm)進(jìn)行標(biāo)記區(qū)分。

接下來(lái)，類似于IEC 60904-1-2標(biāo)準(zhǔn)化工作，使用無(wú)BB 和BB 電池效率與BFcell的函數(shù)關(guān)系來(lái)計(jì)算雙面系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)。公式1表示傾斜的組件，其中BIFI是基于正面輻照度的百分比例計(jì)算得到的背面輻照度值。例如，當(dāng)正面輻照度為1000W/m2時(shí)，BIFl20則表示背面輻照度值為200W/m2。

公式2表示垂直安裝且東西朝向的組件(V-EW)，其直射陽(yáng)光在正面照射一半時(shí)間，在背面照射一半時(shí)間，并且正背兩面照射的光相同，即BIFI因子相同。換句話說(shuō)，首先(即早上)，背面是組件的“真實(shí)”背面，然后(下午)，背面就成為了組件的正面，主要接收直射的光線。此處未考慮早晨和下午的平均BIFI之間可能存在的差異。

這項(xiàng)工作的目的不是為某些特定情況定義雙面性系數(shù)。從文獻(xiàn)和CEA自己的SHJ系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中，可以簡(jiǎn)單提取出一個(gè)可以應(yīng)用于全球范圍內(nèi)的實(shí)際BIFI范圍：作為從0到40%的BIFI范圍內(nèi)BFcell的函數(shù)值，研究ηsystem可以確定在給定的組件技術(shù)下運(yùn)行在特定雙面因子時(shí)的最佳SHJ電池雙面性。

無(wú)論采用何種實(shí)際參數(shù)來(lái)確定雙面系數(shù)，都使用這種簡(jiǎn)單方法，例如系統(tǒng)設(shè)計(jì) (組件傾斜安裝、安裝位置高于地面、組件數(shù)量、組件串行數(shù)和間距等)，系統(tǒng)朝向、地理位置、典型的氣象年份、地面反照率和周圍環(huán)境等，以及不同天氣條件下BIFI的臨時(shí)變化。

BFmodule系數(shù)是針對(duì)有效網(wǎng)格陰影校正的實(shí)驗(yàn)BFcell數(shù)據(jù): 空氣中是95%，組件中是72%左右；如Danel等人所發(fā)表的，這一重要因素已在實(shí)踐中得到驗(yàn)證。確實(shí)，組件中電池的有效雙面性始終高于空氣中裸電池的有效雙面性，并且隨著B(niǎo)Fcell的減少，差異增大。

盡管這種方法可能不能嚴(yán)格代表所有應(yīng)用(例如，為農(nóng)業(yè)而專門設(shè)計(jì)的電池覆蓋率極低但必須具有雙面性的新系統(tǒng)，作為BFcell函數(shù)的ηsystem，有助于優(yōu)化在給定系統(tǒng)項(xiàng)目下的最佳電池設(shè)計(jì)。

除實(shí)際數(shù)據(jù)外，還采用雙二極管模型，用于模擬電池和組件在各種雙面和BIFI條件下的效率和功率。假定仿真模型采用的關(guān)鍵電學(xué)和光學(xué)參數(shù)能夠完全代表組件和電池的設(shè)計(jì)，包括材料特性和異質(zhì)結(jié)特性。根據(jù)以下電阻率對(duì)金屬電極的串聯(lián)電阻(FS)進(jìn)行建模:1)低溫銀漿; 2)導(dǎo)電膠; 和3)焊帶。該模型還考慮了三種電阻率元素中每個(gè)元素的有效形狀。

另外，還需要考慮晶體硅襯底和TCO層的體電阻，這涉及到當(dāng)金屬格柵圖案發(fā)生變化時(shí)，電荷橫向傳輸?shù)淖兓?。該模型還考慮了半切和三切電池在切割后損失的電池性能。此外還考慮了格柵的有效形狀(子?xùn)藕椭鳀诺臄?shù)量和形狀)以及材料(電池、玻璃、密封劑、金屬格柵和焊帶)的反射率、吸收率和透射率，以評(píng)估組件的光學(xué)性能。

電池效率與雙面系數(shù)的關(guān)系

對(duì)電池每個(gè)I-V參數(shù)的雙面系數(shù)都進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)還進(jìn)行了其他兩個(gè)類似電池的測(cè)量，后者在保持FS網(wǎng)格設(shè)計(jì)不變的同時(shí)，改變了BS 網(wǎng)格中子?xùn)诺拈g距。其中BFcell指的是功率雙面系數(shù)，它主要受短路電流(Isc)雙面系數(shù)的影響。

從單面設(shè)計(jì)到高度雙面性設(shè)計(jì)，SHJ電池的效率逐步下降，而當(dāng)FS和BS網(wǎng)格間距(在此研究中為分別2.1mm 和2.1mm，電池背面為銦錫氧化物(ITO))相等時(shí)電池雙面性達(dá)到最高值，其對(duì)應(yīng)的電池效率也顯著下降。對(duì)于無(wú)BB和ITO BS的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)物理氣相沉積(PVD)對(duì)參考電池(間距2.1mm FS 和0.6mm BS)背面進(jìn)行額外的金屬化，從而形成單面電池。如圖3和表1所示，這批電池的雙面性為3.4%，比參考電池高0.16

原標(biāo)題：一體兩面: 硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的最佳雙面系數(shù)