低成本工业生产效率20% n型Si MWT太阳能电池的开发

如图4所示，通孔数量增加时，FF损失减少，这是由于减少了正面汇流条内的电阻损失（虚线）。而且，可以进一步减少汇流条的宽度，使阴影损失大大减少（实线）。另一方面，增加通孔将增大背面上接触点面积，导致与金属接触有关的复合增加。因此，Voc损失随通孔数增加而一起增加（破折号）。但是，从图5中的虚线曲线所示，若通孔数不超过约65（4倍于目前所用的通孔数），Voc损失被FF和阴影损失减少补偿，使得比目前的电池设计有约0.23%绝对值的最大效率增益。

上述提高n-MWT电池效率的二个可能性能同时应用。没有优化正面汇流条方块电阻的n-MWT电池效率变化与通孔数的函数关系画于图6（实线）。汇流条方块电阻最小时，与具有标准正面汇流条方块电阻的n-MWT电池比较，达到优化的电池效率要求少于15个左右通孔。与优化通孔数一起减少正面汇流条方块电阻有可能达到的电池效率在20%以上。

MWT明显的短路电流和开路电压增益

光生载流子的产生和收集所建立的短路电流直接取决于引起电池接收光一面上阴影损失的金属覆盖。如前所述，与n-PasHa电池不同，n-MWT电池正面网格中的含有的汇流条能细得多，导致明显的阴影损失减少和电流增益。而且，n-MWT和和n-PasHa电池包含数量相同的正面指条，但n-MWT指条窄10μm。n-MWT和n-PasHa电池间这种正面网格图形的差别导致n-MWT正面金属覆盖相对减少34%（2.5%的绝对值）。电流增益如预期的约为相对值2.8% 。

太阳能电池的开路电压取决于饱和电流（Io）和光生电流（Isc），见方程1。饱和电流Io可能变化几个数量级，与太阳能电池中的复合有关，因此，Io是决定Voc的主要参数。因此，可以认为开路电压是器件内复合量的度量。

方程1：开路电压是下列参数的函数：n=理想因子；k=波尔兹曼常数；
T=温度；q=电子电荷；Io=饱和电流；Isc=短路电流
由于n-MWT和n-PasHa电池的主体和表面钝化质量类似的，附加复合引起n-PasHa电池Voc下降1%相对值可能与发射极的额外金属接触面积（仅由汇流条面积组成的）有关。在由Benick等人描述的类似分析中，方程1表明，Voc相对增加1%（本实验中对n-MWT观察到的）大体上与正面金属接触面积相对减少34%一致。例如，G.Laudisio和A.Schneider也在他们的论文中描述过这种与汇流条相关的复合对Voc的影响。

n型MWT对n型n-PasHa组件——性能直接比较

组件组装情况和结果

n-MWT和n-PasHa电池并行加工，且封装为60个电池的组件。如本文第一节谈到的，用于互连n-MWT电池的ECN组件制造技术具有一些优点，如使用互连金属箔，通过导电粘合剂将电池与其电接触。与用在互连n-PasHa电池的正面和背面串焊互连比较，背面金属箔互连允许用更多金属（更多横截面面积）以减少组件串联电阻，因此减少电池封装后的FF损失。图6示出从金属箔中电阻损失计算的绝对FF损失与铜箔厚度的关系。n-MWT电池通常用厚度35μm的铜箔互连，由此预期FF损失低于1%绝对值。

n-MWT和n-PasHa组件的I-V曲线依据国际标准IEC60904-9在ECN用A级多闪仪测量。ESTI标定的组件用作基准组件。最大功率和从电池到组件的绝对FF损失在表3中给出。

n-MWT组件优于相应的n-PasHa串焊组件，最大功率增益有8W，电池到组件的FF损失仅0.8%，比n-PasHa的FF损失低3倍以上。

n-MWT组件所用背箔的反射率远低于n-PasHa串焊组件用的标准TPT背箔。因此，通过采用高反射系数背箔有可能对于n-MWT组件获得很大的Jsc增益（1%数量级）。而且，由于从电池之间空间中的背箔反射的光线贡献了较大部分的电池到组件的Jsc增量（特别是当背箔为高反射性时），调节MWT电池间的间距能容易地优化电池到组件的Jsc增益。

ECN金属箔互连技术的成本效率研究

如本文前面说明的，n-MWT电池的效率高及电池到组件的效率损失低使n-MWT技术成为替代常规广泛使用的双面接触p型H形组件的重要候选技术，一种先进的PV技术。但是，除了转换效率增加外，组件制造成本也是非常重要的，需要充分注意。n-MWT组件成本的主要因素是材料成本，这是由于铜互连箔的价格至今仍比标准的TPT箔贵。改变Cu片厚度对每Wp成本的影响有对立的二方面。首先，增加层厚度时金属片成本和用于产生特殊设计图形的某些工艺成本将增加。相反，组件中的电阻损失将随层厚度的增加而减少。这二个影响因此将导致经济上的优化。图7显示n-MWT技术每峰瓦成本与铜箔厚度的函数关系。在此计算中，没有包括与箔制造工艺有关的成本。组件成本变化仅从金属价格变化估算，假定这是在大规模生产情况下有代表性的金属箔成本变化，这时，与耗材成本比较，制造工艺可以忽略。以当前市场价5.5欧元/公斤（长虚线）对这种铜背层经济上优化的结果是铜箔厚度约35μm。逻辑上，若铜价翻倍，成本/效率优化将增加并移向较低铜箔厚度，如图7中点虚线所示。开发较便宜的替代金属（如铝基互连箔）目前非常活跃。铝的导电能力比铜小1.7倍，但现在比铜便宜3倍，因此，采用较厚的背层箔时每峰瓦的优化成本可以减少1.3%，如图7中实线所示。如对铜箔的情况一样，这里也没有把与铝箔制造工艺相关的成本包括在这一计算中，假定是与铜箔的情况类似。

结论

基于工业化电池工艺，我们开发了从n型单晶直拉（Cz）硅片制造金属环绕穿通硅太阳能电池，在大面积硅片（239cm2，5Ωcm）上得到的效率高达19.70%（室内测量）。用类似工艺制造的n-MWT电池性能比n-PasHa电池（非背接触n型双面H形电池）优越，电流密度（Jsc）值接近40mA/cm2，开路电压为644mV。在第一个直接比较实验中，n-MWT和n-PasHa技术间，MWT有0.3%绝对值的效率增益。用分析模拟方法辅助的损失评估证明有改善串联电阻和填充因子的明确潜力。通过金属网格设计、浆料性质和接触版图的简单优化，高于20%的效率触手可及。

由于ECN-MWT组件制造技术，可以进一步提高性能。与等同的n-PasHa组件比较，在首次全尺寸组件（60个电池）中得到了满意的结果。MWT电池相对于n-PasHa电池增加的效率，连同采用ECN箔互连概念一起，导致n-MWT组件比对应的n-PasHa串焊组件有约3%的功率增加。通过优化背层反射率及封装密度，能进一步增加n-MWT技术显示的这一初始组件功率增益。最后，由于受互连导体层价格的影响，采用较便宜的替代品（如目前处于开发中的铝基箔），n-MWT技术的成本/效率比能大大降低。总之，这些结果表明n型MWT技术有可能成为低成本、高功率太阳能发电的突破性技术。