本文提出效率為15.9％的大面積超薄矽（UTSi）太陽能電池的效率損失分析。損失分析係以最佳化太陽能電池的電力與光學的綜合研究為基礎。結果顯示超薄矽太陽能電池擁有19.9%的效率潜力，且能够在長時間照射下實現22.2%效率。
由於在本體區域中的複合減少，使得厚度減少的矽太陽能電池具有實現更高的開路電壓（VOC）的潛力。開發用於減少元件的厚度之技術，目前有化學/機械減薄法和採用薄膜多晶矽基板，目前在多孔矽上的磊晶生長是降低截口損失最有效的方法之一。Solexel提出了35μm厚的太陽能電池，能量轉換效率為20.6％，VOC為687mV。其係使用磊晶矽生長，隨後將膜層轉移製造此240cm2的全背電極式電池。Petermann等人提出使用磊晶生長的矽製造效率為19％的元件。這種太陽能電池具有鈍化發射極和背電極設計，並製造在43μm厚的獨立晶片上。在澳洲的UNSW，他們發展一種基於多孔矽上生長的磊晶矽超薄矽鋼太陽能電池（UTSi）。4cm2的元件可以達到16.8％的效率，及88cm2的元件可達到15.9％的效率。皆已經被證實只有21μm的厚度。UTSi 太陽能電池比起其它太陽能電池的優點，主要是因為薄矽層可結合到可撓式的鋼基板上作為背接觸電極。這種獨特構造，使太陽能電池可以抵抗機械應力，因此可以應用於建築的積體式光伏元件中。由於UTSi太陽能電池的獨特設計和製備的特性，難以測量元件不同的效率損失分量。例如，在背接觸電極的鋼表面導電性設計會與標準的導光性衰減量測不匹配，及本體壽命和前後表面暗飽和電流密度也無法得知。
本文也簡單說明UTSi太陽能電池的製備過程: 21 μm 的UTSi太陽能電池為具有背收集接面的n型單晶元件。在磊晶過程期間中加入摻雜濃度為1μm p+ 的硼以形成具有5 * 10 17個原子/ cm 3以及具有2×1017原子/ cm 3的均勻磷濃度的2μm n +。它的前表面和後表面分別被SiONx（75nm）和SiO2（100nm）鈍化。通過光輔助式電鍍（LIP）沉積Ni/Cu指狀電極，聯接在電池正面上使用雷射摻雜所形成n+重摻雜。Al 接觸點覆蓋大約為0.5％的表面。n-type和後發射極防止在雷射摻雜技術期間的街面並聯，並將該層結合到鋼基板上，並確保元件的堅固與柔韌度。到目前為止製作最好的電池是88cm2的元件，具有632mV 的VOC，33.7mA / cm2的短路電流（JSC），74.5％的填充因子（FF）和15.9％的效率，此經由NREL確認過。本文的第二部份提出一個精確的高效率UTSi電池三維模型。然後在第三部份，將該模型用於準確的損失分析。最後詳細分析了UTSi太陽能電池的短期和長期的效率轉換潛力。在本文中，由澳大利亞國立大學的Andreas Fell等人所開發的太陽能電池模擬器“Quokka”，被用來模擬UTSi元件的結構。
在損失分析方面: UTSi太陽能電池的損耗分析係通過光子計數提取JSC的損失去評估UTSi模型的VOC和FF中的損失，這些損失在當前模型下以及在當VOC有顯著改善時的情況下進行檢查。理論上，較薄的元件應該能夠因減少本體複合而獲得較高的VOC。然而，由於存在其它限制性複合製程，特別是後表面複合和本體/發射極電阻率，這一優點尚未在UTSi元件上實現。太陽能電池的Jsc受到寬頻帶反射，抗反射塗層，元件厚度，寄生吸收和複合的影響。對於薄型元件的每個因素的識別和評估非常重要，特別是光生成比較厚的電池。在I-V測量時有包含量測匯流排導線的反射損耗，而在測量EQE和反射率時則僅在指狀電極覆蓋的小區域上。除了傳統的光子計數方法，背面的SiO2/Al的吸收也包括在內。該元件經由光跡掃描模擬計算Al的反射率為98％。再者，透過截止波長可以算出QE曲線的上限。這個QE限制在Quokka中係針對21μm厚的UTSi元件，使用Yablonovitch限制，在路徑長度增強上以4nsi2的因子來模擬，其中nsi是矽的折射率。然後用AM1.5G光譜對波長的EQE損耗進行測量，以得到每個損耗分量的大小。結果，後表面SiO2 /Al的吸收，前反射和前表面SiONx的吸收無法輕易改善。消除指狀電極（1.7％）和非工作區域（3.1％）將對JSC產生最直接的影響。當VOC被優化時，複合吸收和其它寄生吸收分量（5.1％）也可能減少。UTSi電池中最大的損失是由於光子從前表面流失。Quokka可以計算不同晶片厚度的EQE，只要給出正確的光程增強因子Z即可。這些Z值可以通過對任何特定厚度的光跡追踪獲得。在UTSi電池中引起較差的長波長響應的主要因素是因為元件厚度僅有21μm。太陽能電池中的FF損失受RS，RSH，非理想複合和高複合的局部區域的總合影響。與VOC類似，難以去評估每個損耗分量對總FF損耗的相對影響，因為在不同電壓下會由不同機制支配。然而，還是可以評估它們的個體影響。FF的損失是由Ni-Si接觸複合，本體電阻和邊緣複合控制佔主要部分，其次是射極電阻。一旦消除了上述瓶頸，射極電阻就成為新的限制。根據Quokka模型，可以評估各種設計和製程的改善情形。通過七個的最佳模擬情況，可以獲得VOC為714mV，JSC為37.6mA/cm2，FF為82.3％，效率為22.2％的UTSi模型。
最近，在UNSW開發了一種改進的SiNx的製程。可以透過改善雷射摻雜和LIP技術改善JSC。如JSC損失分析中所討論的，電極會導致Jsc減少了1.7％。在當前雷射光譜中，不佳的雷射束聚焦導致沿開口區域的兩側延伸的損耗，其中可能發生過量的銅鍍層。通過消除這種多餘的電極電鍍可以實現34mA/cm2的JSC。Ni-Si的接點是FF損耗的另一個主要因素。Ni燒結過程可以通過在氮氣中燒結而不是在大氣環境中燒結改善。且研究在燒結期間引入合成氣體。在製造技術中當前 UTSi 性能的主要缺點是在LIP技術周圍的鍍銅過程。冠狀電池的邊緣係結合用雷射切割和機械剪切隔離，這導致矽層中的分流和斷裂，分流問題可以通過改善邊緣隔離過程的一致性或通過掩蔽邊緣解決，以防止電鍍覆蓋。上述改善基本上可以實現19.9％的效率。
結論，在本文中，已經提出了在632 mV，15.9％效率的UTSi太陽能電池的詳細分析。使用Quokka模型的分析表明，表面複合是限制元件性能的主要因素。此結合光子損耗分析的模型已經評估了當前元件中的所有主要損耗原因，並且預測使用現有的技術可以實現19.9％的元件，以長期的表現來看，可以實現22.2％的效率。