隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）技術(shù)作為當(dāng)前太陽能電池領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，憑借其優(yōu)異的背面鈍化性能，在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。然而，多晶硅薄膜材料固有的窄帶隙和高吸收系數(shù)特性，導(dǎo)致其在 TOPCon 結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生顯著的寄生吸收損失，而減小多晶硅厚度又會引發(fā)金屬漿料燒穿和接觸電阻增加的問題。為精準(zhǔn)量化多晶硅的光學(xué)特性（如消光系數(shù)k、折射率n），本研究采用美能全光譜橢偏儀對薄膜厚度及寄生吸收行為進(jìn)行表征，協(xié)同優(yōu)化這一矛盾以突破效率瓶頸。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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• 樣品制備

TOPCon結(jié)構(gòu)制備流程

PECVD多晶硅薄膜：在183×183 mm2n型硅片（厚度110±20 μm，電阻率0.5–1.5 Ω·cm）背面沉積P摻雜多晶硅，通過調(diào)整沉積時間（300-950 s）獲得50-150 nm梯度厚度（G1-G4）。

(a) 基準(zhǔn)多晶硅結(jié)構(gòu)；(b)多晶硅指狀結(jié)構(gòu)示意圖

TOPCon電池制備：堿拋光形成金字塔織構(gòu)，硼擴(kuò)散制備p?層，嵌入式單側(cè)蝕刻（SSE）去除周邊摻雜，背面PECVD沉積SiO?/P摻雜非晶硅，退火結(jié)晶后分為兩組：

基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與多晶硅指狀結(jié)構(gòu)電池的工業(yè)化生產(chǎn)線流程對比

基準(zhǔn)組：RCA清洗去除SiO?掩模，堿拋光去除正面n?poly-Si包覆層。指狀結(jié)構(gòu)組：激光（532 nm，50 W，100 kHz）在poly-Si接觸區(qū)形成7-10 nm SiO?掩模，堿拋光（KOH速率20 nm/min）非接觸區(qū)減薄至~50 nm，接觸區(qū)保留~150 nm厚poly-Si。

多晶硅厚度影響

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(a-b) 橢偏儀測量的消光系數(shù)(k)和折射率(n)；(c-d) 不同樣品的外量子效率曲線

光譜橢偏儀SE測試表明，多晶硅poly-Si的消光系數(shù)隨厚度減小而降低，薄多晶硅（G1，50 nm）的寄生吸收顯著低于厚多晶硅（G4，150 nm）。外部量子效率測試進(jìn)一步證實(shí)，在長波長范圍（700–1000 nm），薄多晶硅結(jié)構(gòu)的量子效率更高，驗(yàn)證了寄生吸收損失的降低。

(a) 對稱結(jié)構(gòu)（I）和TLM測試結(jié)構(gòu)（II-III）；(b-e) 鈍化性能（壽命、J?、iVoc）與接觸電阻(ρc)

鈍化性能測試顯示，50–150 nm 厚度范圍內(nèi)的多晶硅均表現(xiàn)出優(yōu)異的鈍化效果，壽命平均值超過 2000 μs，J?維持在 5.9–6.3 fA/cm2 水平。接觸電阻測試表明，厚多晶硅（150 nm）的接觸電阻率僅為0.7 mΩ?cm2，而薄多晶硅（50 nm）因金屬燒穿導(dǎo)致接觸電阻升高至3.9 mΩ?cm2，凸顯了指狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性。

指狀結(jié)構(gòu)驗(yàn)證

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(a) 多晶硅指狀結(jié)構(gòu)（G5）；(b-e) 金屬接觸區(qū)/非接觸區(qū)多晶硅的SEM俯視圖與截面

指狀結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化：激光掩模結(jié)合堿拋光實(shí)現(xiàn)空間差異化厚度：接觸區(qū)厚poly-Si（~150 nm）保障低電阻（ρc=0.7 mΩ·cm2），非接觸區(qū)薄poly-Si（~50 nm）減少寄生吸收。SEM截面證實(shí)結(jié)構(gòu)可行性。

多晶硅指狀結(jié)構(gòu)（G5）與基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)電池的電性能參數(shù)對比

基于多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的 TOPCon 電池（G5）在 183 × 183 mm2 晶圓上實(shí)現(xiàn)了平均 25.28% 的轉(zhuǎn)換效率，較基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)提高0.33%。其中短路電流密度（J??）提升 0.52 mA/cm2 至 41.97 mA/cm2，歸因于非接觸區(qū)域薄多晶硅的寄生吸收減少，而開路電壓（V??）和填充因子（FF）與基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相當(dāng)，表明鈍化性能和歐姆接觸未受影響。多晶硅指狀結(jié)構(gòu)通過選擇性調(diào)控多晶硅厚度，成功平衡了 TOPCon 電池中寄生吸收與金屬接觸電阻的矛盾，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換效率的顯著提升：量產(chǎn)效率突破 25.28%，為TOP Con 電池邁向 28.7% 理論效率提供新路徑。該結(jié)構(gòu)制備工藝兼容 PECVD 和 LPCVD 方法，具備工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的潛力，為高效 TOPCon 太陽能電池的發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑。

美能全光譜橢偏儀

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全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測量和分析光伏領(lǐng)域中單層或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n、消光系數(shù)k）

• 先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測量技術(shù)：無測量死角問題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測量：先進(jìn)的光能量增強(qiáng)技術(shù)，高信噪比的探測技術(shù)。
• 秒級的全光譜測量速度：全光譜測量典型5-10秒。
• 原子層量級的檢測靈敏度：測量精度可達(dá)0.05nm。

美能全光譜橢偏儀在本研究中實(shí)現(xiàn)了多晶硅指狀結(jié)構(gòu)的精密光學(xué)驗(yàn)證，證實(shí)了多晶硅指狀結(jié)構(gòu)在 TOPCon 電池中的有效性，還為解決半導(dǎo)體薄膜材料中性能矛盾提供了通用思路。未來可進(jìn)一步優(yōu)化激光加工參數(shù)和多晶硅厚度分布，探索該結(jié)構(gòu)在雙面鈍化、疊層電池等先進(jìn)技術(shù)中的應(yīng)用，推動太陽能電池效率向理論極限邁進(jìn)。

原文參考：Enhancing passivation and reducing absorption losses in TOPCon solar cells via Poly-Si finger structure

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞光伏行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，若有侵權(quán)，請及時聯(lián)系我司進(jìn)行刪除。