Page - 119 - in Photovoltaic Materials and Electronic Devices

Amaximumefficiencyof16.9%isreachedforaTCOsheetresistanceof10Ω/sq. Inotherwords,whengoingfroma19%smallcell toasolarpanel, scribinglossesand TCO related losses reduce the panel efficiency by as much as 2 absolute %. When the scribingwidth isenlargedto350µm,which isnowacommonvalue inproduction, the maximum obtainable cell efficiency drops to 16%, as shown in Figure 4b. This indicates the importance of careful process control and the gain that can be obtained when material removal is more carefully controlled. Moreover, the maximum cell efficiency is obtained at slightly higher cell length, but this difference is rather small. Interestingly, thedifferenceofmaximumefficienciesbetweenthehighTCOssheet resistances is increased. This can be explained as follow: a high sheet resistance requiresshortcells. As thewiderscribingwidthtranslates toa largersensitivity to morenarrowcells, the impactwillbehigher. Figure5demonstrates thathighbandgapmaterialswithhigherVoctranslate inhigherpanelefficiencies, eventhoughthe small cell efficiencyremains19%. This can be explained by the fact that a higher Voc comes together with a lower short circuit density. This combination brings lower resistive losses. Moreover, lower resistive losses enable longer cells, which help to reduce the optical losses by the scribingwidth. Materials  2016,  9,  96  A  maximum  efficiency  of  16.9%  is  reached  for  a  TCO  sheet  resistance  of  10  Ω/sq.  In  other  words,  when  going  from  a  19%  small  cell  to  a  solar  panel,  scribing  losses  and  TCO  related  losses  reduce  the  panel  efficiency  by  as  much  as  2  absolute  %.  When  the  scribing  width  is  enlarged  to    350  μm,  which  is  now  a  common  value  in  production,  th   maximum  obtainabl   cell  efficiency  drops  to  16%,  as  shown  in  Figure  4b.  This  indicates  the  importance  of  careful  process  control  and  the  gain  that  can  be  obtained  when  material  removal  is  more  carefully  controlled.  Moreover,  the  maximum  cell  efficiency  is  obtained  at  slightly  higher  cell  length,  but  this  difference  is  rather  small.  Interestingly,  the  difference  of  maximum  efficiencies  between  the  high  TCOs  sheet  resistances  is  increased.  This  can  be  expl ined  as  follow:  a  high  sheet  resistance  requires  s ort  c lls.  As  the  wider  scribing  width  translates  to  a  larger  sensitivity  to  more  narrow  cells,  the  impact  will  be  higher.  Figure  5  demonstrates  that  high  band  gap  materials  with  higher  Voc  translate  in  higher  panel  efficiencies,  even  though  the  small  cell  efficiency  remains  19%.  This  can  be  explained  by  the  fact  that  a  higher  Voc  comes  together  with  a  lower  short  circuit  density.  This  combination  brings  lo er  resisti   los es.  Moreover,  wer  resistive  losses  enable  longer  cells,  which  hel   to  reduce  the  optical  losses  by  the  scribing  width.  Figure  5.  Efficiency  of  solar  panels  as  a  function  of  the  individual  cell  length  for  different  open  circuit  voltages  (Voc  in  V)  for  a  scribe  width  of  150  μm  (a)  and  350  μm  (b).  The  front  contact  consists  of  a  TCO  of  10  Ω/sq.  If  the  scribing  width  is  increased  to  350  μm,  the  optimal  cell  length  increases  and  hence  the  impact  of  the  Voc  on  the  maximum  efficiency,  as  shown  in  Figure  5b.  In  other  words,  high  Voc  cells  are  less  sensitive  to  scribing  width  than  cells  with  a  low  Voc.  Therefore,  the  absorber  material  not  only  has  an  impact  on  the  maximum  cell  efficiency,  but  also  on  the  cell  layout.  2.3.  Cells  with  Metallic  Grid  For  cells  with  a  metallic  grid  on  top  of  the  TCO,  it  was  found  that  a  TCO  of  50  Ω/sq  is  preferable  over  a  large  range  of  finger  widths  [16].  Therefore,  Figure  6  shows  the  efficiency  as  a  function  of  the  cell  length  for  cells  with  a  50  Ω/sq  TCO  supplied  with  a  metallic  finger  grid  with  various  finger  heights  (HF).  We  also  show  the  values  for  cells  with  a  10  Ohm/sq  TCO  front  contact  (black  line).  For  a  scribing  with  of  150  μm  (see  Figure  6a),  the  efficiency  increases  from  just  below  17%  to  17.8%  when  a  high  finger  grid  is  used.  For  lower  finger  grid,  the  efficiency  is  somewhat  lower  and  the  cell  length  is  also  smaller.  Nevertheless,  even  for  a  finger  height  of  1  μm,  the  increase  in  efficiency  is  0.5  absolute  %.  This  gain  increases  when  a  wider  scribing  area  of  350  μm  is  taken  into  account.  This  is  logical,  because  a  TCO  only  approach  cannot  accommodate  as  long  cells  as  compared  to  TCO  supplemented  with  a  finger  grid,  which  show  optimal  cell  lengths  that  are  about  twice  that  of  the  TCO  only  configuration.  Therefore,  the  scribe  area  forms  a  lower  proportion  of  the  total  area  for  longer  cells  and  scribe  related  losses  are  proportionally  reduced.  Figure 5. Efficiency of solar panels as a function of the individual cell length for differentopencircuitvoltages (Voc inV) forascribewidthof150µm(a)and350 µm(b). The frontcontactconsistsofaTCOof10Ω/sq. If th cribing width s increas d to 350µm, the optimal cell length increases andhence the impactof theVoconthemaximumefficiency,asshowninFigure5b. In other words, high Voc cells are less sensitive to scribing width than cells with a lowVoc. Therefore, theabsorbermaterialnotonlyhasanimpactonthemaximum cell efficiency,butalsoonthecell layout. 119