太阳能电池接触中的钝化、导电性与选择性：基于统一部分电阻框架的概念与模拟

摘要： 钝化、导电性和选择性通常被认为是光伏太阳能电池最佳接触的三个要求。虽然钝化和导电性已有公认的定义和度量标准，但对选择性概念的共识直到现在才逐渐形成。本文提出了一种基于电子和空穴穿越接触时所遇不同集中电阻（我们称之为部分比接触电阻）的太阳能电池接触通用模型。通过这些部分比接触电阻，我们推导出电子与空穴部分电流密度、准费米能级分离及外电压之间的关系，从而得出上述接触特性的简易度量指标：电子与空穴电阻之和表征钝化性能，其比值表征选择性，多数载流子电阻表征导电性。利用PC1D软件，我们通过模拟晶体硅太阳能电池10,500种同质结接触案例验证了该模型（尽管该框架具有材料普适性，同样适用于其他类型吸光层）。模拟中假设空穴接触层和吸光层为理想状态，通过调节电子/空穴迁移率、载流子浓度（通过改变施主掺杂浓度）及接触层厚度，使电子接触部分比接触电阻产生数量级变化。模拟结果证实了模型的发现：当接触比例不可调节时（如全覆盖接触），钝化与导电性的结合既是实现太阳能电池最佳性能的必要条件也是充分条件，并隐含选择性要求。但反之则不成立：接触层可能具有选择性却缺乏导电性（导致填充因子有害下降），或具有选择性但钝化效果差（导致隐含开路电压及实际开路电压降低）。因此，选择性仅在可任意调节接触比例的部分面积接触中才是有意义的度量指标。