硅太陽能電池和組件在光伏市場占主導(dǎo)，但半電池切割產(chǎn)生的新表面會加劇載流子復(fù)合，影響電池效率，邊緣鈍化技術(shù)可解決此問題。Al2O3薄膜穩(wěn)定性高、介電常數(shù)高、折射率低，在光學(xué)和光電器件中有應(yīng)用前景，常用于硅表面鈍化。沉積Al2O3+退火的電池效率進一步提高了0.021%，達到0.119%，組件功率進一步增加了0.68 W，達到3.76 W。RS-ALD技術(shù)原理

一種旋轉(zhuǎn)空間原子層沉積（RS-ALD）方法來制備Al2O3薄膜。該方法通過優(yōu)化工藝條件，在4 Torr的工藝壓力和300 sccm的三甲基鋁（TMA）流量下制備出高質(zhì)量的Al2O3薄膜。

Al2O3薄膜制備的RS-ALD反應(yīng)機制

實驗步驟：

基底準(zhǔn)備：包括雜質(zhì)去除、清潔和表面活化。

氣體引入：分別引入TMA和去離子水作為前驅(qū)體，通過高純氮氣隔離。

氣體反應(yīng)：基底在旋轉(zhuǎn)托盤上，依次暴露于鋁和氧前驅(qū)體，形成Al2O3薄膜。

溢流排放：未反應(yīng)的前驅(qū)體和副產(chǎn)物被排出反應(yīng)室。

重復(fù)沉積：重復(fù)上述步驟，直到達到所需的薄膜厚度。Al2O3薄膜樣品制備

硅片規(guī)格：使用厚度為150 μm、電阻率為<1.5 Ω-cm、晶體取向為<100>的P型單晶硅片。清洗過程：硅片經(jīng)過一系列的超聲清洗，依次使用去離子水、異丙醇、乙醇和去離子水，每次清洗時間為5到30分鐘。

干燥：清洗后的硅片使用高純氮氣干燥，然后轉(zhuǎn)移到RS-ALD反應(yīng)室。Al2O3薄膜的表征

厚度測量：使用橢圓偏振光譜儀測量薄膜厚度，以確定沉積速率。晶體結(jié)構(gòu)分析：使用X射線衍射儀分析薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。

表面形貌和粗糙度：使用原子力顯微鏡在接觸模式下表征3μm×3μm區(qū)域的表面形貌和表面粗糙度。

少數(shù)載流子壽命：使用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)（QSS）光電導(dǎo)模式的少數(shù)載流子壽命儀測量硅片的有效少數(shù)載流子壽命。TOPCon電池的邊緣鈍化

TOPCon電池邊緣沉積40 nm Al2O3薄膜

RS-ALD技術(shù)：使用旋轉(zhuǎn)空間原子層沉積（RS-ALD）技術(shù)在太陽能電池的邊緣沉積40 nm厚的Al2O3薄膜。

沉積區(qū)域：沉積的Al2O3薄膜覆蓋了電池的切割邊緣，包裹部分約為1 mm，對電池的其他部分幾乎沒有影響。Al2O3薄膜工藝參數(shù)的優(yōu)化

Al2O3薄膜在不同TMA流量和工藝壓力下的沉積速率

不同工藝壓力下Al2O3薄膜的沉積速率

沉積速率與工藝壓力的關(guān)系：在2 Torr到3 Torr之間，沉積速率顯著增加（約32%）。從3 Torr到4 Torr，沉積速率進一步增加（約5%）。超過4 Torr后，沉積速率增加不顯著。

最佳工藝條件：在4 Torr工藝壓力和300 sccm TMA流量下，沉積速率和均勻性最佳。這一條件下的薄膜不僅沉積速率高，而且在靠近和遠離圓心的位置具有更接近的沉積速率，表明薄膜均勻性更好。

不同工藝壓力下Al2O3薄膜的均勻性最佳均勻性：在4 Torr工藝壓力下，靠近圓心和遠離圓心位置的沉積速率最為接近，分別為0.0786 nm/cycle和0.0780 nm/cycle，表明薄膜的均勻性最佳。

均勻性與工藝壓力的關(guān)系：隨著工藝壓力的增加，薄膜的均勻性逐漸提高。在4 Torr時達到最佳均勻性，超過4 Torr后，均勻性繼續(xù)提高但提升幅度較小。RS-ALD技術(shù)Al2O3表征分析-晶體結(jié)構(gòu)

Al2O3薄膜退火前后的晶體結(jié)構(gòu)變化

晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變：退火處理使Al2O3薄膜從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3多晶相。這一轉(zhuǎn)變有助于提高薄膜的穩(wěn)定性和鈍化效果。

SiO2峰：2θ=26.7°的峰對應(yīng)于SiO2的(011)晶面，這與氧在基底和薄膜層中的擴散有關(guān)。

γ-Al2O3峰：2θ=32.1°、37.7°和45.8°的峰分別對應(yīng)于γ-Al2O3的(112)、(211)和(220)晶面，表明退火處理促進了Al2O3薄膜的晶化。RS-ALD技術(shù)Al2O3表征分析-表面形貌

Al2O3薄膜在退火前后的表面形貌

退火前：退火前的Al2O3薄膜表面呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在2D和3D圖像中清晰可見，表面較為光滑。退火后：退火處理使薄膜表面形態(tài)從針狀結(jié)構(gòu)變?yōu)楣刃痛貭?，表面變得更為粗糙。這種變化表明退火處理促進了薄膜的晶粒生長和致密化。

表面粗糙度增加：退火后的Al2O3薄膜表面粗糙度顯著增加，這有助于提高薄膜的光學(xué)性能和機械穩(wěn)定性。粗糙的表面可以增加光的散射，提高光的吸收效率，從而提高太陽能電池的性能。RS-ALD技術(shù)Al2O3表征分析-鈍化性能

Al2O3薄膜鈍化硅片的少數(shù)載流子壽命

鈍化效果：Al2O3薄膜的沉積顯著提高了硅片的少數(shù)載流子壽命，表明其具有良好的表面鈍化效果。

退火增強：退火處理進一步增強了Al2O3薄膜的鈍化效果，顯著提高了少數(shù)載流子壽命，這表明退火處理可以激活A(yù)l2O3薄膜中的負固定電荷，改善薄膜與硅片接觸界面的質(zhì)量，減少表面復(fù)合。

性能提升：少數(shù)載流子壽命的提高直接關(guān)聯(lián)到太陽能電池的性能提升，特別是開路電壓（Voc）和填充因子（FF）的提高，從而提高電池的效率。TOPCon電池邊緣鈍化效果

TOPCon太陽能電池性能提升總結(jié)

僅沉積Al2O3：僅沉積Al2O3薄膜可以顯著提升電池的性能，Voc、FF和效率分別提升了1.7 mV、0.23%和0.098%，組件功率提升了3.08 W。

沉積Al2O3 +退火：在沉積Al2O3薄膜后進行退火處理，進一步提升了電池的性能，Voc、FF和效率分別提升了2.2 mV、0.34%和0.119%，組件功率提升了3.76 W。

退火效果：退火處理顯著提升了電池的性能，特別是在提升Voc和FF方面，表明退火處理可以激活A(yù)l2O3薄膜的鈍化效果，減少表面復(fù)合，提高電池的效率。

通過旋轉(zhuǎn)空間原子層沉積（RS-ALD）技術(shù)制備了高質(zhì)量的Al2O3薄膜，并將其應(yīng)用于TOPCon太陽能電池的邊緣鈍化。經(jīng)過退火處理后，電池效率進一步提高了0.021%至0.119%，組件功率提高了0.68 W至3.76 W，這些結(jié)果充分證明了邊緣鈍化在提高太陽能電池性能方面的關(guān)鍵作用。美能UVPLUS SE光譜橢偏儀

美能UVPLUS SE光譜橢偏儀是專門針對太陽能電池研發(fā)和質(zhì)量把控領(lǐng)域推出的一款設(shè)備，基于絨面太陽能電池專用的高靈敏度探測單元和光譜橢偏儀分析軟件，專用于測量和分析光伏領(lǐng)域中多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率、消光系數(shù)），波長范圍覆蓋紫外、可見到近紅外。

• 先進的旋轉(zhuǎn)補償器測量技術(shù)，Delta測量范圍0-360°，無測量死角

• 高靈敏檢測粗糙表面散射和極低反射率為特征的絨面太陽能電池表面鍍層

專門針對多層薄膜檢測設(shè)計，滿足雙層膜檢測多入射角度結(jié)構(gòu)設(shè)計，高靈活測量，滿足復(fù)雜樣品測試需求

美能UVPLUS SE光譜橢偏儀不僅能夠精確測量薄膜的厚度和光學(xué)特性，還能在沉積過程中實時監(jiān)測薄膜的質(zhì)量。通過美能光譜橢偏儀的高精度測量，我們能夠優(yōu)化工藝參數(shù)，從而制備出高質(zhì)量的Al2O3薄膜。這一技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了薄膜的沉積效率，還顯著提升了電池的性能和穩(wěn)定性。

原文出處：Preparation of Al2O3 thin films by RS-ALD and edge passivation applicationfor TOPCon half solar cells

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