晶硅太陽電池主導(dǎo)光伏產(chǎn)業(yè)，其中隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）技術(shù)已占據(jù)超70%的市場份額。盡管實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)級效率持續(xù)突破26%，但受限于正面鈍化不足、背面金屬接觸退化及柵線設(shè)計欠優(yōu)，其效率仍顯著低于29.4%的俄歇極限。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監(jiān)測各個工藝段中的異常，了解單節(jié)疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

本文提出一種雙面協(xié)同電性優(yōu)化方案：正面采用高方阻硼發(fā)射極（430 Ω/sq）以增強(qiáng)鈍化、降低俄歇復(fù)合，并結(jié)合窄間距細(xì)柵設(shè)計（825 μm/10 μm）補(bǔ)償載流子輸運(yùn)損失；背面創(chuàng)新引入雙層隧穿氧化硅/多晶硅結(jié)構(gòu)，外層阻擋銀擴(kuò)散，內(nèi)層維持界面鈍化，同時局部減薄多晶硅以降低寄生吸收。該策略在M10尺寸硅片上實(shí)現(xiàn)了26.66%的認(rèn)證效率，開路電壓達(dá)744.6 mV，填充因子85.57%，雙面率提升至88.3%，顯著縮小了工業(yè)TOPCon電池與理論極限的差距。

電池性能與認(rèn)證

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TOPCon電池進(jìn)展與認(rèn)證

此前TOPCon電池的開路電壓和填充因子分別被限制在~740 mV和~84%左右，主要受限于正面非接觸區(qū)鈍化不足、背面金屬化導(dǎo)致的鈍化退化以及柵線設(shè)計欠優(yōu)化。本文報道的TOPCon電池在M10尺寸硅片（有效面積313.3 cm2）上實(shí)現(xiàn)了26.66%的認(rèn)證效率，短路電流為13.109 mA，開路電壓達(dá)744.6 mV，填充因子為85.57%。與俄歇極限相比，該電池的相對電學(xué)性能達(dá)到93.8%，不僅遠(yuǎn)超此前TOPCon電池的91.6%，也逼近了最先進(jìn)的硅異質(zhì)結(jié)電池水平。

高方阻發(fā)射極設(shè)計

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高阻硼發(fā)射極設(shè)計與性能分析

傳統(tǒng)硼發(fā)射極的方阻通?？刂圃?/span>100-300 Ω/sq之間，以平衡載流子輸運(yùn)、界面鈍化和接觸性能。但激光增強(qiáng)接觸優(yōu)化（LECO）工藝的出現(xiàn)顯著改善了銀硅接觸，使得向高方阻發(fā)射極的轉(zhuǎn)變成為可能。高方阻發(fā)射極不僅能降低硼擴(kuò)溫度和時間、減少熱預(yù)算，還能增強(qiáng)鈍化性能，有助于提高開路電壓。

本研究中，高方阻發(fā)射極（430 Ω/sq）相比傳統(tǒng)低方阻發(fā)射極（215 Ω/sq）具有更低的活性硼濃度和擴(kuò)散深度，這不僅改善了界面鈍化，還減少了與硅襯底的俄歇復(fù)合。鈍化測量顯示，高方阻發(fā)射極樣品的有效少子壽命從0.70 ms提升至1.12 ms，復(fù)合電流密度從~9 fA/cm2降至~5 fA/cm2，光致發(fā)光和電致發(fā)光結(jié)果也證實(shí)了鈍化質(zhì)量的改善。然而，高方阻發(fā)射極對銀電極的接觸電阻產(chǎn)生了負(fù)面影響，這需要通過后續(xù)的柵線優(yōu)化來補(bǔ)償。

正面柵線優(yōu)化

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雙層多晶硅微觀結(jié)構(gòu)表征

為補(bǔ)償高方阻發(fā)射極帶來的載流子輸運(yùn)損失，必須優(yōu)化正面柵線設(shè)計。本研究中，高方阻發(fā)射極的最佳柵線間距約為825 μm，明顯窄于低方阻發(fā)射極的1120 μm。同時，柵線寬度從~20 μm減小到~10 μm，既減少了光學(xué)遮擋，也降低了銀漿消耗。

仿真結(jié)果表明，較小的柵線間距能在更寬的方阻和復(fù)合電流密度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率，對參數(shù)波動的容忍度更高。柵線優(yōu)化對高方阻器件尤為關(guān)鍵，因?yàn)楦叻阶杵骷枰〉臇啪€間距來彌補(bǔ)橫向載流子輸運(yùn)的限制，從而提升填充因子。載流子輸運(yùn)路徑分析顯示，高方阻器件中空穴被限制在發(fā)射極內(nèi)橫向輸運(yùn)，而低方阻器件中空穴先垂直穿過硅襯底再橫向輸運(yùn)。因此，減小編織間距對高方阻器件更為必要。

背面雙層多晶硅設(shè)計

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雙層多晶硅設(shè)計及性能分析

背面雙層多晶硅結(jié)構(gòu)是本研究的另一核心創(chuàng)新。透射電鏡和能譜分析顯示，在單層多晶硅樣品中，銀原子完全穿透多晶硅層滲入硅襯底；而在雙層多晶硅樣品中，外層多晶硅阻擋了大部分銀的滲透，內(nèi)層氧化硅層則進(jìn)一步阻止銀向襯底侵入。銀在穿透外層后遇內(nèi)層氧化硅轉(zhuǎn)而橫向擴(kuò)展，形成碗狀結(jié)構(gòu)，但未突破內(nèi)層氧化硅。

選區(qū)電子衍射分析表明，雙層多晶硅樣品僅顯示硅的衍射環(huán)，而單層樣品中同時存在銀的衍射環(huán)，證實(shí)了雙層結(jié)構(gòu)阻擋銀擴(kuò)散的有效性。高分辨透射電鏡進(jìn)一步顯示，雙層結(jié)構(gòu)中的內(nèi)層多晶硅具有更高的結(jié)晶度，降低了晶界密度，有效阻止銀滲透；而外層多晶硅的非晶結(jié)構(gòu)提供了可控的銀擴(kuò)散通道，有利于形成歐姆接觸。

鈍化性能方面，雙層多晶硅結(jié)構(gòu)的有效少子壽命從3.54 ms提升至5.87 ms，載流子壽命從22.5 μs提升至25.6 μs。二次離子質(zhì)譜分析表明，雙層多晶硅樣品在硅襯底中的氧和磷濃度顯著降低，意味著缺陷減少。相應(yīng)地，隱含開路電壓從752 mV提升至757 mV。

雙面率優(yōu)化

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背面多晶硅的局部減薄是本研究的另一重要舉措。在非金屬化區(qū)域選擇性刻蝕外層多晶硅后，電池在背面光照下的量子效率顯著提升。實(shí)驗(yàn)顯示，將多晶硅厚度從100 nm減至40 nm，背面光照下的短路電流密度增加2.88 mA/cm2。光學(xué)仿真表明，多晶硅每減薄10 nm，寄生吸收損失降低約0.40 mA/cm2，硅襯底有效吸收增加約0.32 mA/cm2。最終，電池的雙面率從~83.4%提升至~88.3%，對實(shí)際雙面發(fā)電量具有積極意義。

本研究通過雙面協(xié)同策略顯著提升了工業(yè)級TOPCon電池的性能，實(shí)現(xiàn)了26.66%的認(rèn)證效率。正面高方阻硼發(fā)射極改善了鈍化質(zhì)量，優(yōu)化的柵線設(shè)計減少了輸運(yùn)損失；背面雙層多晶硅結(jié)構(gòu)有效阻擋了銀擴(kuò)散，保護(hù)了界面鈍化，實(shí)現(xiàn)了757 mV的隱含開路電壓。這些改進(jìn)共同促成了744.6 mV的開路電壓和85.57%的填充因子。背面多晶硅局部減薄將雙面率提升至88.3%，降低了寄生吸收，提高了背面光照下的發(fā)電量。本研究為縮小工業(yè)TOPCon電池與理論極限之間的效率差距提供了有效的技術(shù)路徑。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實(shí)時反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點(diǎn)，并且結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現(xiàn)高亮區(qū)域（如無缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓(xùn)練：實(shí)現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實(shí)時監(jiān)測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質(zhì)量異常，精準(zhǔn)定位單結(jié)及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Dual-side electrical refinement enables efficient industrial tunnel oxide passivating contact silicon solar cells

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