晶體硅太陽(yáng)能電池是光伏市場(chǎng)的主流技術(shù)，其效率提升高度依賴于表面鈍化技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)前，基于氧化硅（SiO?）的鈍化接觸技術(shù)因能同時(shí)提供優(yōu)異的化學(xué)鈍化和場(chǎng)效應(yīng)鈍化，成為研究熱點(diǎn)，有望推動(dòng)電池效率超越現(xiàn)有PERC技術(shù)水平。然而，制備高質(zhì)量SiO?層的關(guān)鍵工藝：化學(xué)氣相沉積（CVD）存在多種技術(shù)路徑，主要包括常壓（APCVD）、低壓（LPCVD）和等離子體增強(qiáng)（PECVD）方法。這些方法在沉積機(jī)理、薄膜生長(zhǎng)環(huán)境及能耗成本上差異顯著，導(dǎo)致所制備的SiO?薄膜在均勻性、致密度和缺陷態(tài)密度等關(guān)鍵指標(biāo)上表現(xiàn)不一，進(jìn)而直接影響TOPCon等高效電池的最終性能。美能QE量子效率測(cè)試儀可用于精確測(cè)量太陽(yáng)電池的EQE與光譜響應(yīng)，幫助優(yōu)化界面工程和背接觸設(shè)計(jì)，從而提升電池的量子效率和整體性能。

本研究旨在系統(tǒng)比較APCVD、LPCVD與PECVD三種方法所制備SiO?鈍化層的結(jié)構(gòu)、形貌與電學(xué)性能，闡明其影響電池性能的內(nèi)在機(jī)制，以明確各自的優(yōu)勢(shì)、局限及適用場(chǎng)景，為高性能晶體硅太陽(yáng)能電池的工藝開發(fā)與量產(chǎn)應(yīng)用提供關(guān)鍵依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法概述

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實(shí)驗(yàn)采用n型CZ硅片，經(jīng)織構(gòu)化與硼擴(kuò)散形成p?發(fā)射極。氧化硅鈍化層分別通過三種化學(xué)氣相沉積工藝在相應(yīng)氣壓、溫度與氣體流量條件下制備。

背面n?多晶硅層由低壓化學(xué)氣相沉積沉積并退火形成，正面采用原子層沉積生長(zhǎng)Al?O?進(jìn)行鈍化，最后兩側(cè)沉積SiN?減反射與保護(hù)層。

電池柵線采用激光轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)制備。性能測(cè)試在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行，薄膜形貌、少子壽命及氫含量分別通過掃描電子顯微鏡、瞬態(tài)壽命測(cè)試儀與傅里葉變換紅外光譜進(jìn)行表征。

氧化硅薄膜的生長(zhǎng)特性與形貌分析

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(a) APCVD; (b) LPCVD; (c) PECVD 三種方法沉積SiO?的示意圖與表面形貌

氧化硅鈍化層厚度極?。s1–2?nm），其均勻性與致密度對(duì)電荷選擇性傳輸至關(guān)重要。

常壓化學(xué)氣相沉積在常壓環(huán)境下進(jìn)行，氣體分子平均自由程短，碰撞頻繁，導(dǎo)致反應(yīng)物輸運(yùn)不均勻，薄膜易出現(xiàn)納米級(jí)針孔、顆粒團(tuán)聚及厚度起伏，界面缺陷密度較高（＞6×1012?cm?2?eV?1）。

低壓化學(xué)氣相沉積在低氣壓（101–102?Pa）下進(jìn)行，氣體分子平均自由程增大，有利于反應(yīng)物向襯底表面均勻擴(kuò)散，因此薄膜覆蓋性、致密性與均勻性顯著改善，界面缺陷密度降至2–3×1012?cm?2?eV?1。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積通過射頻能量將反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，增強(qiáng)前驅(qū)體反應(yīng)活性。盡管等離子體中帶電粒子的劇烈運(yùn)動(dòng)可能引起薄膜微觀均勻性略低于低壓化學(xué)氣相沉積，但其較高的化學(xué)反應(yīng)效率促使薄膜具有更低的界面缺陷密度（＜1.5×1012?cm?2?eV?1）。

鈍化性能與載流子傳輸機(jī)制

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TOPCon 電池結(jié)構(gòu)及其在 (a) APCVD; (b) LPCVD; (c) PECVD 制備的 SiO? 接觸中的電荷遷移示意圖

氧化硅層的質(zhì)量直接影響電池的鈍化效果與載流子分離效率。

常壓化學(xué)氣相沉積制備的氧化硅層粗糙多孔，對(duì)界面的鈍化不充分，電子與空穴均可穿越缺陷區(qū)域，導(dǎo)致載流子復(fù)合加劇，有效少子壽命僅為1.7?ms。

低壓化學(xué)氣相沉積形成的氧化硅層連續(xù)致密，能夠有效鈍化晶體硅表面。其較深的價(jià)帶邊可阻擋空穴向背面?zhèn)鬏?，從而?shí)現(xiàn)高效的電荷分離，少子壽命提升至2.3?ms。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積薄膜雖然均勻性略低，但由于等離子體活化過程中硅烷分解更充分，形成含氫氧化硅。適量氫的引入進(jìn)一步降低界面態(tài)密度，并獲得最高的少子壽命（2.5?ms）。氫的摻入也使薄膜電阻率從低壓化學(xué)氣相沉積層的5.5×10??Ω·cm降至2.9×10??Ω·cm。

電池性能對(duì)比

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不同CVD方法鈍化的 TOPCon 太陽(yáng)能電池性能參數(shù)對(duì)比：(a) 開路電壓 (V?c); (b) 短路電流密度 (J?c); (c) 填充因子 (FF); (d) 功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)

PECVD-SiO? 鈍化 TOPCon 太陽(yáng)能電池的電流密度-電壓 (J-V) 與功率密度-電壓 (P-V) 曲線

電池的開路電壓直接反映鈍化質(zhì)量。低壓化學(xué)氣相沉積與等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鈍化的電池開路電壓分別達(dá)到743.9?mV與743.8?mV，顯著高于常壓化學(xué)氣相沉積電池的735.9?mV。

得益于較低的電阻率，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鈍化的電池獲得最高的短路電流密度（41.43?mA·cm?2），填充因子也較另外兩種方法有輕微提升。最終，其平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.78%，優(yōu)于低壓化學(xué)氣相沉積的25.6%與常壓化學(xué)氣相沉積的24.9%。經(jīng)認(rèn)證，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備的大面積n型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率為25.8%，與當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)先水平相當(dāng)。

本研究為不同化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氧化硅鈍化接觸中的應(yīng)用提供了明確的性能對(duì)比與機(jī)理分析，對(duì)高效晶體硅電池的工藝選擇具有指導(dǎo)意義。使用CVD制備SiO?鈍化接觸已成為晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的常用技術(shù)，但不同CVD方法所制備SiO?層的性能差異顯著。APCVD中氣體分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)成膜產(chǎn)生負(fù)面影響，常導(dǎo)致SiO?層疏松、多孔且粗糙，此類薄膜不適用于高性能TOPCon太陽(yáng)能電池，其鈍化的電池轉(zhuǎn)換效率僅為24.9%。相比之下，LPCVD能制備均勻、光滑且致密的SiO?鈍化層，適用于大規(guī)模工業(yè)TOPCon電池制造，相應(yīng)電池的平均轉(zhuǎn)換效率為25.6%。PECVD則通過高頻電磁能量將氣體分子激發(fā)為等離子體狀態(tài)，形成高氫含量的SiO?層，從而使TOPCon太陽(yáng)能電池的平均PCE達(dá)到25.8%。

美能QE量子效率測(cè)試儀

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美能QE量子效率測(cè)試儀可以用來測(cè)量太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)，并通過其量子效率來診斷太陽(yáng)能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測(cè)量范圍、測(cè)試的準(zhǔn)確性和可追溯性等優(yōu)勢(shì)。

兼容所有太陽(yáng)能電池類型，滿足多種測(cè)試需求

光譜范圍可達(dá)300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)?/span>雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

原文參考：Silicon Oxide Passivated Contacts Manufactured by Chemical Vapor Deposition Processes for Crystalline Silicon Solar Cells