电极

电极表示从太阳能电池中抽取电流的金属结构。电极的定义既包括金属元件的几何形状，也包括电极与下方基底之间接触界面的性质。

电极可以定义在主吸收体的正面和背面上，主吸收体通常是制备太阳能电池的硅片。

修改电极定义会同时影响 SunSolve Power 报告的串联电阻和光学损失指标，因此这些设置的影响会反映在电学和光学输出参数中。

配置和栅线元件

在“solar cell”层的正面和背面都可以定义金属电极。每个电极有三种可能的布局：(1) 栅线（grid）、(2) 覆盖层（coating）和 (3) 无（none）。当电极被启用时，它们会同时参与光学和电学计算。

Grid 电极表示太阳能电池电极的标准 H 形栅线设计。它由一组手指电极（fingers）和一系列总栅（busbars）组成，手指与总栅相互垂直排列。手指和总栅都延伸至基底的全宽（即直至晶圆边缘）。这种配置通常用于常规或 PERC 太阳能电池的正面电极，以及双面电池的背面电极。需要注意的是，SunSolve 允许将手指和/或总栅的数量设为零，从而在栅线设计中有效地移除这些元件。

Coating 电极表示整个表面被电极完全覆盖的情况。它由一系列总栅以及总栅之间连续的金属层组成。这种配置通常用于模拟常规丝网印刷或 PERC 太阳能电池的背面金属层。需要注意的是，覆盖层会一直延伸到晶圆边缘，无法在边缘处定义空隙。

在所有配置中，都可以定义电池的互连焊带（interconnection ribbons，有时称为“tabbing”）。焊带与总栅沿同一方向排列。焊带的长度与单元电池的尺寸相同（即晶圆尺寸加上任何周围区域）。焊带可以施加在太阳能电池的正面和背面。在常规太阳能电池中，每根总栅上方对应一根焊带，但在 SunSolve 中，可以定义任意数量的总栅或焊带。

需要注意的是，电极中还包含焊盘（pads，例如焊带与总栅之间的焊接点），其定义在栅线计算器中。焊盘的输入会影响电学计算（即栅线电阻），但不会影响光学计算。就光学而言，焊盘与总栅具有相同的宽度和材料。

Cross-sections of the grid elements

手指电极允许采用四种横截面轮廓，其尺寸定义见下图。第四种截面称为 “PseudoRectangular”，推荐用于模拟典型丝网印刷手指电极。它由两个四分之一圆和一个矩形构成，并有两种变体：(a) 宽截面，当 $W > 2H$ 时；(b) 窄截面，当 $W < 2H$ 时；当 $W = 2H$ 时，其截面为半圆形。

SunSolve 将总栅的横截面限制为矩形。

对于焊带，共允许八种横截面轮廓。其中七种的尺寸定义见下图。矩形截面的焊带可以带有纹理，纹理位于远离太阳能电池的一侧。

焊带允许的最后一种横截面称为 “triple-arc” 型，其几何形状由六个输入参数定义，因此需要单独的一幅较大示意图：

以上所有图像均展示了位于电池正面的手指和焊带截面。将这些图像倒置，即可得到位于电池背面的手指和焊带截面。例如，半椭圆截面焊带的平面始终朝向太阳能电池一侧。

Contacts

太阳能电池的**接触区（contacts）**是指电极与基底之间形成电学连接的区域。

在某些电池中（例如传统丝网印刷电池），接触区覆盖电极与基底之间的整个界面（全面积接触）；而在 PERC 等电池中，接触仅发生在电极下方某些局部位置（局部接触）。

下图给出了具有 (i) 全面积接触和 (ii) 局部接触两种情况的电极截面示例。

SunSolve 支持多种接触图案。接触图案可以是全面积接触，也可以由线状或点状接触组成。

选择线状图案时，对于覆盖层（coating）表示周期性分布的接触线，而对于手指或总栅则表示单条居中的接触线。选择点状图案时，接触点可以是圆形或矩形，并可以排布为 XY 网格或等间距图案。下图展示了各类接触图案示意。

在 SunSolve 中，接触图案会影响太阳能电池的光学行为，但不会改变金属电极的电阻。若需考虑接触区电流拥挤效应，可相应提高串联电阻的取值。

Optical properties

每个电极元件（手指、总栅、覆盖层）的光学性质都可以单独定义，这些性质会影响光线追迹，但不会影响电阻计算。

接触区的光学输入可以通过两种方式访问：在 “Layers” 标签页中点击太阳能电池的正面或背面表面，或在 “Electrodes” 标签页中点击 “Define front/rear electrode”。

光学材料（Optical material） 光学材料定义电极元件的折射率和消光系数 n(λ) 与 k(λ)。可以从已发布 n(λ) 和 k(λ) 数据的材料库中选择相应材料，也可以上传自定义的 n(λ) 与 k(λ) 数据。

电极界面（Electrode interfaces） 每个电极元件（手指、总栅、覆盖层）的界面光学性质也需要定义。通常包含两个或三个界面：

• 外侧界面：朝向太阳能电池基底外侧；
• 接触界面：定义电极与电池之间形成电学接触的区域；
• 非接触界面：定义电极与基底之间不形成电学接触的区域（对全面积接触图案而言无关）。

对于手指和总栅电极（不包括覆盖层电极），用户还需要定义电极之间暴露基底区域的界面。

下图示意了与某一基底表面及其电极相关的各个界面。

对于每个界面，用户需要定义：

• 散射特性；以及
• 是由用户直接给出界面的反射率、吸收率和透射率（RAT），还是让 SunSolve 根据元件材料及其薄膜堆叠的光学性质，利用菲涅耳和薄膜方程自行计算。

焊带的界面定义方式与上述类似，只是 (i) 远离电池的一侧表面可以具有纹理；(ii) 焊带各侧面采用相同的界面定义。

下面给出两个示例，说明如何组合电极与基底界面来表示常见的太阳能电池结构。

示例 1： 丝网印刷太阳能电池的正面

正面可以定义为具有银（Ag）栅线，在电极下方没有任何薄膜，而在手指之间覆盖一层 SiNₓ。虽然图中未画出，但基底表面通常会具有正立金字塔纹理。

示例 2： PERC 太阳能电池的背面

背面可以定义为一层铝（Al）覆盖层，其中除点接触区域外，铝层与基底之间由 SiNₓ/Al₂O₃ 薄膜堆叠隔开；在点接触处，界面由一层薄的 AlSi 共晶层构成。

Electrical properties

对于每个电极元件，用户还可以定义其电学性质，包括金属电阻率和电极电阻率等。这些数值仅用于计算栅线的电学电阻，对光学性能没有影响。