Strategies for realizing high-efficiency silicon heterojunction solar cells

异质结 光电子学 材料科学 串联 太阳能电池 光伏系统 纳米技术 电气工程 工程类 复合材料
作者
Yifeng Zhao,Paul Prócel,Can Han,Liqi Cao,Guangtao Yang,Engin Özkol,Alba Alcañiz,Katarina Kovačević,Gianluca Limodio,Rudi Santbergen,Arno H. M. Smets,A.W. Weeber,Miro Zeman,Luana Mazzarella,Olindo Isabella
出处
期刊:Solar Energy Materials and Solar Cells [Elsevier BV]
卷期号:258: 112413-112413 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.solmat.2023.112413
摘要

Silicon heterojunction (SHJ) solar cells have achieved a record efficiency of 26.81% in a front/back-contacted (FBC) configuration. Moreover, thanks to their advantageous high VOC and good infrared response, SHJ solar cells can be further combined with wide bandgap perovskite cells forming tandem devices to enable efficiencies well above 33%. In this study, we present strategies to realize high-efficiency SHJ solar cells through combined theoretical and experimental studies, starting from the optimization of Si-based thin-film layers to the implementation of electrodes with reduced indium and silver usage. Advanced opto-electrical simulations, which enable comprehensive theoretical understandings of the main physical mechanisms governing carriers' collection and light management, provide clear pathways for device designs and experimental optimizations. We present the fabricated FBC-SHJ solar cells in both monofacial and bifacial configurations with the best efficiencies of 24.18% and 23.25%, respectively. We point out that to achieve optimum device performance, the compositional materials should be holistically optimized and evaluated as part of the contact stacks with adjacent layers. As an outlook beyond the classical FBC-SHJ solar cell architecture, we propose various novel SHJ-based solar cell architectures. Their potential performance was assessed and compared via rigorous opto-electrical simulations and a maximal efficiency of 27.60% was simulated for FBC-SHJ solar cells featuring localized contacts.
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