TOPCon電池憑借背面超薄SiO?/多晶硅疊層的優(yōu)異鈍化性能，成為n型硅電池主流工藝。然而傳統(tǒng)硼擴(kuò)散工藝成本較高。本研究提出創(chuàng)新解決方案：PECVD單側(cè)沉積+同步退火集成工藝，正面：PECVD沉積硼摻雜氧化硅(SiO?:B)層；背面：N?O等離子體處理的n型多晶硅(poly-Si(n))；單步共退火同步形成雙面結(jié)構(gòu)，消除BSG清洗步驟。美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀為鈍化層界面質(zhì)量驗(yàn)證和損傷位置定位提供支持。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該方法在降低制造成本的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)21%的轉(zhuǎn)換效率，通過(guò)LECO優(yōu)化與深結(jié)設(shè)計(jì)，效率潛力達(dá)25%，提供高性價(jià)比升級(jí)路徑。

實(shí)驗(yàn)方法

Millennial Solar

(a) 太陽(yáng)能電池工藝流程圖;(b) 硼發(fā)射極開(kāi)發(fā)所用樣品結(jié)構(gòu);(c) 多晶硅鈍化接觸開(kāi)發(fā)所用樣品結(jié)構(gòu)

樣品制備

基底：4英寸n型直拉單晶硅(FZ, 〈100〉, 2 Ω·cm)

關(guān)鍵工藝：

硼發(fā)射極：

HNO?熱氧化（80°C, 10 min, 1.2 nm）→ PECVD沉積SiO?:B（SiH?/CO?/TMB/H?）退火（850–950°C, 30–60 min）→ 氫氟酸溶液濕法蝕刻殘留SiO?:B

背面接觸：

N?O等離子體生長(zhǎng)隧穿氧化層（1.3 nm）→ PECVD沉積磷摻雜多晶硅(poly-Si(n), 含2–3% C)管式爐退火（900°C）→ PECVD沉積氫化氮化硅(SiN?:H)

電池集成：

同步退火（900°C, 1 h）→ 正面原子層沉積氧化鋁(AlO?) →絲網(wǎng)印刷銀鋁(Ag/Al)柵線 → 背面氣相氫氟酸(vapor HF)蝕刻+ITO/Ag濺射

表征技術(shù)：

硼發(fā)射極形成

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ECV測(cè)量:(a)不同退火溫度和駐留時(shí)間下的硼擴(kuò)散剖面(b)不同TMB流量下退火后的硼擴(kuò)散剖面

利用PECVD技術(shù)在硅片正表面沉積硼摻雜SiO?（SiH?/CO?/H?/TMB）作為擴(kuò)散源。

通過(guò)調(diào)控TMB流量和退火參數(shù)，實(shí)現(xiàn)峰值濃度(3×101?–1×102? cm?3)和結(jié)深(100–600 nm)的精密調(diào)節(jié)。

優(yōu)化后的發(fā)射極（TMB = 50 sccm）結(jié)合AlO?/SiN?疊層鈍化，在傳統(tǒng)絲印AgAl燒結(jié)后實(shí)現(xiàn)ρc < 5 mΩ cm2。

高溫穩(wěn)定的背鈍化接觸

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對(duì)稱SiO?/多晶硅樣品在兩種氧化策略下開(kāi)路電壓隨熱預(yù)算的變化

多晶硅(n)對(duì)稱樣品經(jīng)N?O處理并在900°C退火1小時(shí)后氫化（左）及金屬化TLM結(jié)構(gòu)（右）后的光致發(fā)光PL圖像

傳統(tǒng)UV-O?氧化隧穿層的n-poly-Si鈍化接觸在實(shí)現(xiàn)發(fā)射極所需的高溫 ( 900°C，> 30 min )下鈍化性能(iVoc)急劇下降。

創(chuàng)新性引入N?O等離子體后處理，顯著提升界面穩(wěn)定性：

在900℃/60min嚴(yán)苛退火后，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異表面鈍化（iVoc ≈ 720 mV）；

搭配濺射ITO/Ag方案，接觸電阻率低至22 mΩ cm2；

光致發(fā)光PL下顯示良好的均勻性和界面質(zhì)量。

共退火原型電池集成與性能

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TOPCon太陽(yáng)能電池的Voc、Jsc、FF和PCE參數(shù)

首次將共退火工藝整合應(yīng)用到TOPCon電池原型中，在未進(jìn)行接觸優(yōu)化(LECO)的情況下實(shí)現(xiàn)了21%的轉(zhuǎn)換效率(PCE)，為簡(jiǎn)化的共退火工藝提供了有力概念驗(yàn)證。

最佳性能：20.99% PCE(TMB 50 sccm, 峰值燒結(jié)溫度840°C)，對(duì)應(yīng)Voc=669 mV, Jsc=40.5 mA/cm2, FF=78%。

Voc損失的來(lái)源隨發(fā)射極摻雜（TMB流量）和峰值燒結(jié)溫度的變化

金屬誘導(dǎo)復(fù)合（尤其淺發(fā)射極）、高摻雜濃度奧杰復(fù)合及體壽命缺陷是Voc損失主因；發(fā)射極薄層電阻和串聯(lián)電阻導(dǎo)致FF損失。

應(yīng)用不同策略后的太陽(yáng)能電池效率提升模擬結(jié)果

通過(guò)降低峰值摻雜濃度、激光增強(qiáng)接觸優(yōu)化 (LECO)、細(xì)線金屬柵設(shè)計(jì)及CZ硅片應(yīng)用，模擬效率可提升至25%。

本研究提出一種單步共退火工藝，通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）同時(shí)形成TOPCon電池的前端硼發(fā)射極和后端多晶硅鈍化接觸，替代傳統(tǒng)兩步驟工藝，驗(yàn)證了21%轉(zhuǎn)換效率的原型電池并分析了優(yōu)化路徑。

美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀

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美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀模擬太陽(yáng)光照射鈣鈦礦太陽(yáng)能電池片，均勻照亮整個(gè)樣品，并用專業(yè)的鏡頭采集光致發(fā)光（PL）信號(hào)，獲得PL成像；電致發(fā)光（EL）信號(hào)，獲得EL成像。通過(guò)圖像算法和軟件對(duì)捕獲的PL/EL成像進(jìn)行處理和分析，并識(shí)別出PL/EL缺陷，根據(jù)其特征進(jìn)行分析、分類、歸納等。

• EL/PL成像，500萬(wàn)像素，實(shí)現(xiàn)多種成像精度切換
• 光譜響應(yīng)范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍(lán)光（可定制光源尺寸、波長(zhǎng)等)
• 多種缺陷識(shí)別分析(麻點(diǎn)、發(fā)暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類

美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀對(duì)鈍化層均勻性及金屬誘導(dǎo)缺陷進(jìn)行高精度分析——其500萬(wàn)像素雙模成像（PL/EL）、400–1200 nm寬光譜響應(yīng)及智能缺陷識(shí)別（麻點(diǎn)/邊緣入侵等），為電池工藝優(yōu)化提供核心數(shù)據(jù)支撐，加速產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

原文參考：Co-annealing of PECVD boron emitters and poly-Si passivating contacts for leaner TOPCon solar cell fabrication

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