硅基太陽能電池分切過程（如疊瓦、半片電池）會(huì)暴露高活性切割邊緣，誘發(fā)載流子復(fù)合，導(dǎo)致pFF降低。傳統(tǒng)解決方案需改造預(yù)金屬化工藝，工業(yè)兼容性低且成本高。本文提出一種金屬化后鈍化邊緣技術(shù)（PET），通過熱原子層沉積（ALD）精確調(diào)控AlO?膜厚（7/14 nm）結(jié)合低溫退火，實(shí)現(xiàn)高效邊緣鈍化。該技術(shù)結(jié)合美能在線薄膜厚度測(cè)試儀在線實(shí)時(shí)監(jiān)控膜厚，確保鈍化層厚度一致性以優(yōu)化長(zhǎng)期穩(wěn)定性，最終助力雙面PERC疊瓦電池達(dá)成23.5 mW/cm2高功率密度輸出。

PET技術(shù)與電池表征

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(a)：雙面pSPEER太陽能電池截面示意圖(b)：PET處理后電池截面

pSPEER???技術(shù)原理

邊緣鈍化機(jī)制：分切邊緣原生SiO? → AlO?全包覆（7/14 nm）抑制復(fù)合

ALD工藝優(yōu)勢(shì)：
? 保形沉積→三維邊緣全覆蓋
?高負(fù)固定電荷密度（~1013 cm?2）→場(chǎng)效應(yīng)排斥載流子
?光透過率>98%（d<15 nm，OPTOS光學(xué)模擬）

電池制備流程

pSPEER???電池制備工藝流程

(a)工業(yè)6英寸PERC前驅(qū)體；(b)可分離6片電池的金屬化晶圓；(c)激光分離后電池（22×148 mm）

?基底：工業(yè)6英寸Ga摻雜p型Cz-Si PERC前驅(qū)體。

?金屬化：絲網(wǎng)印刷銀主柵、鋁背場(chǎng)及正面銀柵，快速燒結(jié)。

?切割：TLS（全程激光熱裂切）或LSMC（激光刻劃+機(jī)械斷裂）

?PET處理：ALD沉積AlO? → 熱板退火

(a)LSMC分離邊緣（1/3區(qū)域粗糙）；(b)TLS分離邊緣（整體光滑）

邊緣鈍化實(shí)驗(yàn)

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PET對(duì)分離電池影響的實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

?步驟：SunsVOC測(cè)量（宿主晶圓→切割態(tài)→沉積態(tài)→退火態(tài)）。

?控制組：無AlO?涂層，僅退火。

SunsVOC與IV特性表征

(a)晶圓SunsVOC測(cè)量接觸點(diǎn)；(b)分離電池同位置測(cè)量

通過SunsVOC測(cè)量評(píng)估分離與鈍化工藝對(duì)電池性能的影響。測(cè)量在1000 W/m2光照下進(jìn)行，重點(diǎn)關(guān)注pFF與開路電壓（VOC）變化。分離前后同一位置測(cè)量以排除局部不均勻性。IV測(cè)試在標(biāo)準(zhǔn)條件下分別測(cè)試正反兩面，考慮無匯流條區(qū)域的指定面積電流密度。

PET實(shí)驗(yàn)方案
對(duì)比LSMC與TLS分離工藝對(duì)pFF的影響。TLS分離后6小時(shí)或19小時(shí)沉積AlO?（厚度7 nm或14 nm），研究等待時(shí)間對(duì)鈍化效果的影響。退火溫度設(shè)為<225°C。通過QSSPC測(cè)量少數(shù)載流子壽命τeff。

鈍化層性能驗(yàn)證

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AlO?沉積過程中電池堆疊示意圖

AlO?沉積過程

?分離后電池（LSMC/TLS工藝）在空氣中暴露6-19 小時(shí)，暴露期間形成原生 SiO?；

?反應(yīng)器裝載：電池正面朝上放置，高度墊片置于電池之間；

?厚度驗(yàn)證：通過在線膜厚儀實(shí)時(shí)監(jiān)控厚度，目標(biāo)厚度d1=7nm 和 d2=14?nm。

AlO?沉積/退火后的載流子壽命

AlO?退火后，τeff=432 μs（Δn=101? cm?3），對(duì)應(yīng)Seff=22 cm/s，表明當(dāng)前工藝可實(shí)現(xiàn)低邊緣復(fù)合速度。

SunsVOC結(jié)果

SunsVoc測(cè)量的pFF變化

PET效果：LSMC與TLS分離均導(dǎo)致pFF下降?1.2%。

沉積AlO?后

?TLS分離電池pFF提升+0.4%，退火后進(jìn)一步提升至+0.7%；

?LSMC分離電池僅提升+0.3%。

PET后pFF穩(wěn)定性（14 nm AlO?無衰減）

穩(wěn)定性：14 nmAlO?鈍化層表現(xiàn)出長(zhǎng)期穩(wěn)定性（167小時(shí)內(nèi)pFF穩(wěn)定），可能與致密氧化層生長(zhǎng)有關(guān)。

IV測(cè)試性能

TLS+PET與LSMC電池IV性能對(duì)比

?TLS+PET最佳電池：正面效率ηf=22.1%，輸出功率密度pout = 23.5mW/cm2（含10%背面輻照）。

?較LSMC無鈍化電池：Δpout= +0.4mW/cm2。

本文提出的后金屬化鈍化邊緣技術(shù)（PET）通過低溫ALD沉積氧化鋁并退火，有效抑制了疊瓦太陽能電池的邊緣復(fù)合。TLS分離工藝結(jié)合PET處理使pFF提升至+0.7%，電池效率達(dá)22.1%，輸出功率密度達(dá)23.5 mW/cm2。14 nmAlO?鈍化層表現(xiàn)出長(zhǎng)期穩(wěn)定性。PET技術(shù)無需改變預(yù)處理工藝，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，為提升小尺寸太陽能電池效率提供了可行方案。

美能在線薄膜厚度測(cè)試儀

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POLY5000是專為光伏工藝監(jiān)控設(shè)計(jì)的在線膜厚測(cè)試儀，可以對(duì)樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的5點(diǎn)同步掃描，監(jiān)測(cè)“工業(yè)產(chǎn)線上”各式薄膜的厚度以及光學(xué)常數(shù)，快速準(zhǔn)確測(cè)量薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)等信息，可根據(jù)客戶樣品大小定制測(cè)量尺寸。

膜厚測(cè)試范圍20nm-2000nm

快速、自動(dòng)的5點(diǎn)同步掃描

非接觸、無損測(cè)量，零碎片率

24小時(shí)自動(dòng)且不停線校準(zhǔn)，保證生產(chǎn)效率

美能在線薄膜厚度測(cè)試儀能使用戶能夠優(yōu)化膜厚特性，在AlO?沉積過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控AlO?層厚度，驗(yàn)證厚度對(duì)穩(wěn)定性的影響。

原文參考：Postmetallization “Passivated Edge Technology” for Separated Silicon Solar Cells

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