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异质结太阳能电池串阻 Rs 的测量 和 FF 损耗分析方法
Chen Leichen, leichen.chen@visiontec.com.sg, Industrial Vision Technology (S) Pte Ltd
何忆飞, yifei.he@ivt-solar.com, 苏州伟信智能科技有限公司
摘要：提效降本是光伏行业永恒的主题，其中降低串联电阻（Rs）提升 FF 是电池提
效的重要途径。本文以效率为21%（FF 为79%）的异质结太阳能电池（HIT）为例，简要
分析它的各种 Rs 损耗机理，并将其精确测量，且量化地表征出来。这让我们能够更清楚
地了解哪些损耗可以被最大可能地改进甚至避免，在设法提高电池转换效率的同时，平衡
材料和制造工艺的成本，将综合成本尽可能降到最低。
近年来，硅异质结太阳能电池越来越受到人们的关注，与常规太阳能电池相比，硅异
质结电池具有诸多的优势。1.转换效率高。目前研发效率已达到25.11%，预计极限效率有
26%；2.与其它高效技术（如: IBC、TOPCON）相比，HIT 制造工序步骤少，工艺流程
短；3.硅异质结电池的低温（<250°C）工艺，使之能够使用极薄的硅片（<100μm）而没
有翘曲风险，还可以减小硅片热损伤，节约硅材成本；4.温度系数低，可有效降低热量损
失，这一特点让 HIT 电池在高温地区发电量的优势更加突出；5.弱光响应好；6.光照稳
定性好。理论研究表明 HIT 电池中的非晶硅薄膜没有发现 Staebler-Wronski 效应，从而不
会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象。同时，由于 HIT 电池使用 N
型晶硅为衬底，不存在 B-O 对导致的光致衰减问题
[3]
；7.结构对称使其能够双面发电且具
有较高的双面率。异质结太阳能电池的结构如下图所示：
前表面栅线+TCO薄层横向电阻 (R1)
Ag栅线/TCO接触电阻(R2)
前表面TCO垂直电阻 (R3)
a-si:H (n) 薄膜电阻 (R4)
N-Type c-Si Bulk Minority
(R5)
后表面栅线+TCO薄层横向电阻 (R9)
Ag栅线/TCO接触电阻(R8)
后表面TCO垂直电阻(R7)
a-si:H (p) 薄膜电阻 (R6)
图 1：HIT 电池结构和串阻分布
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根据结构图，串联电阻可以被归纳成9组 R1-R9。
R1是前表面的电阻。前表面的细栅连同 TCO 负责收集电流，电流沿垂直方向经过
TCO 之后横向流经细栅并最终汇流到主栅。把电流通过低温银浆的栅线 和 TCO 所受到的
阻抗定义为电阻 R1。在金属银价格不断上涨的市场行情下，作为 HIT 特色的低温银浆一
直占电池生产总成本的很大一部分比例。如何以最少的浆料带来更高的电池效率是业内一
致的努力方向。而使用低温银浆面临的一大挑战是：既要有高导电性，又要有低烧结温
度，同时还要达到与 TCO 薄膜的低接触电阻要求
[3]
。若有评估银浆主栅和细栅电阻的方
法，就有可能更快速地通过调试配方，制备具有低电阻率的低温银浆从而能够降低栅线电
阻，提高电池效率。
R2是 TCO 与 Ag 之间的接触电阻。HIT 电池制备的金属化工艺过程中，浆料会跟
TCO 发生腐蚀反应，且相同浆料对不同 TCO 的腐蚀程度差别很大，直接影响到载流子遂
穿和功函数匹配等，从而导致了金属栅线/TCO 接触电阻的差异。通过细栅与 TCO 接触电
阻值的测量，可以找到最匹配的浆料与 TCO 组合，从而提高电池转换效率。
R3是 TCO 在垂直方向上的体电阻。TCO 薄膜通常只有几十纳米厚度，从它的电阻率
可以计算出在垂直方向的电阻很小，故而 R3对电流在垂直方向的传输阻力比较小。
R4是 N 型非晶硅薄膜以及本征层在一个太阳光照条件下的电阻。在无光照条件下，
非晶硅薄膜和本征层的电导率都很低。但在强光照射下，其电导率会发生很大的变化。掺
杂非晶硅薄膜可形成发射级和 BSF，优化掺杂非晶硅层，得到适合异质结电池的电学和光
学性能是获得高效电池的关键。通过优化掺杂气体的浓度可调控掺杂薄膜层性能，如能及
时准确地测量该膜层的电导特性，可对该工艺的优化提供指导方向。
R5 是 N 型硅基在光照条件下的体电阻。
HIT 电池是对称结构，背面也有四层电阻 R6-R9， 但是存在以下的差异：
❖ 采用的是 P 型非晶硅薄膜，其电导率要比 N 型薄膜非晶硅低， 在光照条件下呈现
的电阻要高。如附录测试结果所示，正面 N 型非晶硅薄膜层的电阻 R4，与背面
P
型非晶硅薄膜层的电阻 R6 分别为0.125 Ωcm
2
和0.2155 Ωcm
2
。
❖ TCO 材料与 a-si:H (n)和 a-si:H (p) 有不同的功函数关系，因此一般正面与背面采用
不同材料或者不同厚度的 TCO
[3]
。TCO 材料与非晶硅薄膜的接触电阻可以直观反
映两者的匹配情况。与 P 型非晶硅功函数匹配的 TCO 材料类型比较少，其电导率
也较低，因此背面 TCO 与 Ag 浆的接触电阻和与正面的接触电阻是不同的。（在
附件的测试报告中，因为我们没有制备背面 TLM 测量用样品，采用的是正面银浆
与 TCO 的接触电阻值）
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❖ 因为背面的 a-si:H (p)+TCO 有较高的电阻率，为了尽量减小总的串阻，背面通常会
采用“密栅”结构。如附录测试结果所示，前表面栅线+TCO 薄层横向电阻 R1，
后表面栅线+TCO 薄层横向电阻 R9分别为0.1885Ωcm
2
和0.0915 Ωcm
2
。
为了比较实际测量的串阻与它实际对 IV 曲线 FF 的影响，我们采用了三种方法测量
HIT 太阳能电池总的串联电阻 Rs。分别为单光强 Light-IV 测试法，欧洲标准 EN60891 三
光强测试法和标准光照条件下的 Vmpp 与 Suns-Voc 的 Vmpp 相结合测量 Rs 的方法。如图
2&3 所示，得到的 Rs 分别为 0.005806Ω、0.003713Ω 和 0.002984Ω。我们认为第三种测试
法得到的 Rs 值是最准确的
[1]
。
另外，通过 Suns-Voc 的曲线，可以看出该电池在串阻为零的理想情况下，所能够达
到的最大填充因子 pFF 为 83.26%。基于太阳能电池的高并阻特性，pFF 与 FF 之间的
4.26% 填充系数损失可认为主要来自于串联电阻。
图 2：三光强法计算 Rs
图 3：Suns-Voc 法计算 Rs
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根据以上测量结果，得到串阻约为 0.0029Ω 的 HIT 电池 Rs 损耗分析结果如下表 1 所
示。其中 P 型非晶硅薄膜层的电阻损耗最大，占比 30.2%；前表面栅线+TCO 薄层横向电
阻损耗占 26.5%，也是一个很大的占比；N 型非晶硅薄膜层的电阻损耗占比 17.50%，以
及后表面栅线+TCO 薄层横向电阻损耗，占比 12.80%。通过分析占比可知，该电池的非
晶硅薄层电阻、栅线电阻以及 TCO 膜电阻可作为初期改进方向，降低 Rs，提高 FF。
表 1:Rs 占比表
参数
符号
单位
Rs 测量值
Rs 分项占比 (%)
1.1
Front Finger &TCO sheet Resistance
前表面栅线+TCO 薄层横向电阻
R1
Ωcm
2
0.1885
26.50%
1.2
Ag-TCO Contact Resistance
细栅与 TCO 接触电阻
R2
Ωcm
2
0.016
2.20%
1.3
Front TCO Vertical Resistance
/ 前表面 TCO 垂直电阻
R3
Ωcm
2
7.60E-09
0.00%
1.4
a-si:H (n) Sheet Resistance
N 型非晶硅薄膜层的电阻
R4
Ωcm
2
0.125
17.50%
1.5
N-Type c-Si Bulk Minority
R5
Ωcm
2
0.06
8.40%
1.6
a-si:H (p) Sheet Resistance
P 型非晶硅薄膜层的电阻
R6
Ωcm
2
0.2155
30.20%
1.7
Back TCO Vertical Resistance
背面 TCO 垂直电阻
R7
Ωcm
2
6.14E-09
0.00%
1.8
Ag-TCO Contact Resistance
背面细栅与 TCO 接触电阻
R8
Ωcm
2
0.016
2.20%
1.9
Back Finger & TCO sheet Resistance
后表面栅线+TCO 薄层横向电阻
R9
Ωcm
2
0.0915
12.80%
Total Rs / 总串联电阻 Rs
Rs
Ωcm
2
0.7126
电池片面积：244.32cm
2
Ω
0.0029
图表 1 Rs 分项占比柱状图
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参考资料
[1] Damien Lachenal et al, Heterojunction and passivated contacts: a simple method to extract
both n/tco and p/tco contacts resistivity. Energy Procedia (Vol 92). P932-938, 2016.08
[2] 王文静，李海玲 等， 晶体硅太阳能电池制造技术，机械工业出版社， 2017.10
[3] 沈文忠，李正平. 硅基异质结太阳电池物理与器件. 北京：科学出版社，2018.8
[4] 黄海宾，周浪，岳之浩等， 光伏物理与太阳能技术，科学出版社， 2019.10