22.0%效率的突破：前硅多晶硅選擇性發(fā)射極雙面TOPCon電池的制備與優(yōu)化

隨著全球能源需求的增長，開發(fā)高效率太陽能電池變得尤為重要。本文旨在開發(fā)一種成本效益高且可擴(kuò)展的制備工藝，用于制造具有前側(cè)SiOx/多晶硅選擇性發(fā)射極的雙面TOPCon太陽能電池，并通過優(yōu)化工藝實(shí)現(xiàn)超過25%的電池效率。不同條件下制備的電池性能

選擇性DS-TOPCon電池的報(bào)道效率

面積：電池面積從4 cm2到244.3 cm2不等，表明研究涵蓋了從小面積實(shí)驗(yàn)電池到接近工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大面積電池。

前TOPCon圖案化方法：包括自對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)格、局部PECVD、激光氧化和噴墨掩膜等技術(shù)，展示了多種實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極的工藝路徑。

前接觸方案：主要采用物理氣相沉積（PVD）、絲網(wǎng)印刷（SP）結(jié)合高溫?zé)Y(jié)（HT）以及Ni/Ag電鍍等方法。

效率：報(bào)道的效率范圍從19.8%到22.5%，其中噴墨掩膜結(jié)合SP/HT燒結(jié)的方案效率最高（22.5%）。通過對(duì)比不同圖案化方法和接觸方案的效率，突出了噴墨掩膜結(jié)合SP/HT燒結(jié)的潛力。選擇性DS-TOPCon太陽能電池前驅(qū)體的制備

選擇性DS-TOPCon太陽能電池制備工藝流程圖

晶片準(zhǔn)備：使用156 mm尺寸、200 μm厚的n型Czochralski（Cz）晶片，電阻率為3 Ω·cm。晶片表面進(jìn)行單面紋理化處理，以增加光的吸收。

隧道氧化層生長：在晶片的兩側(cè)通過硝酸氧化（NAO）工藝生長約15 ?厚的隧道氧化層。這一過程在室溫下進(jìn)行，持續(xù)30分鐘。

本征多晶硅沉積：使用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）在588°C下沉積本征多晶硅，沉積時(shí)間為50分鐘。沉積后的多晶硅厚度在平面區(qū)域?yàn)?50 nm，在紋理化區(qū)域?yàn)?80 nm。

硼硅玻璃（BSG）和未摻雜硅酸鹽玻璃（USG）沉積：通過大氣壓化學(xué)氣相沉積（APCVD）在晶片表面沉積35 nm厚的硼硅玻璃（BSG，硼含量8%）和65 nm厚的未摻雜硅酸鹽玻璃（USG）。

共擴(kuò)散工藝：共擴(kuò)散工藝包括兩個(gè)階段：第一階段：925°C下進(jìn)行硼擴(kuò)散；第二階段：840°C下進(jìn)行原位磷擴(kuò)散（POCl3擴(kuò)散）。這一工藝同時(shí)在晶片兩側(cè)形成磷摻雜和硼摻雜的多晶硅層，省去了額外的掩膜和擴(kuò)散步驟。

去除摻雜玻璃層和掩膜層：去除摻雜后的玻璃層（PSG和BSG）和掩膜層（USG），完成全區(qū)域雙面TOPCon電池前體的制備。

多晶硅圖案化：在前側(cè)沉積SiOx/SiNx（96/30 nm）雙層膜。使用噴墨打印技術(shù)在前側(cè)形成200 μm寬的熱熔墨水掩膜。使用氫氟酸（HF）蝕刻掉掩膜外的SiOx/SiNx層。去除墨水掩膜后，使用氫氧化鉀（KOH）溶液蝕刻掉未保護(hù)區(qū)域的n-TOPCon層，直至隧道氧化層停止。最后，使用HF溶液去除晶片兩側(cè)剩余的SiOx/SiNx層。

前場(chǎng)鈍化：在O2/反式二氯乙烷（DCE）環(huán)境中生長約8 nm厚的熱氧化層，用于前場(chǎng)鈍化。

金屬化：在前側(cè)和后側(cè)分別沉積SiNx/SiOx（40/90 nm）和單層SiNx（70 nm）。使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在前側(cè)和后側(cè)分別形成300 μm寬的5根匯流條和600 μm寬的5根匯流條，以及相應(yīng)的柵線。在工業(yè)帶式爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，完成電池的金屬化。DS-TOPCon電池前驅(qū)體在制備過程中的鈍化質(zhì)量

全區(qū)域和選擇性DS-TOPCon電池前驅(qū)體的鈍化質(zhì)量

全區(qū)域DS-TOPCon電池前體具有優(yōu)異的鈍化特性，iVoc接近730 mV，iFF達(dá)到86.3%。

圖案化和再鈍化過程對(duì)鈍化質(zhì)量有一定影響，但整體性能仍然保持較高水平，iVoc約為733 mV，iFF為86.0%。燒結(jié)引起的性能退化研究

燒結(jié)引起的性能退化

選擇性DS-TOPCon電池前驅(qū)體在不同燒結(jié)溫度（725°C和750°C）下的性能變化，隨著燒結(jié)溫度的升高，iVoc和iFF顯著下降，表明高溫?zé)Y(jié)對(duì)電池性能有負(fù)面影響。此外，圖中還展示了復(fù)合電流密度（J0）的分解結(jié)果，表明表面復(fù)合是導(dǎo)致性能退化的主要原因。

燒結(jié)過程中，Voc和iFF隨溫度升高而下降，表明高溫?zé)Y(jié)對(duì)電池性能有負(fù)面影響。低溫度燒結(jié)有助于減少性能退化。金屬化工藝和選擇性DS-TOPCon電池結(jié)果

選擇性DS-TOPCon太陽能電池的J-V參數(shù)

725°C燒結(jié)：盡管效率較高，但工藝穩(wěn)定性較差，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

750°C燒結(jié)：工藝穩(wěn)定性較好，但效率較低，表明高溫?zé)Y(jié)可能導(dǎo)致更多的復(fù)合損失和電阻損失。

低溫度燒結(jié)（725°C）有助于減少復(fù)合損失和電阻損失，從而提高電池效率，但需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝控制以提高穩(wěn)定性。后燒結(jié)處理：激光增強(qiáng)接觸優(yōu)化和光浸泡

LECO和光浸泡處理后的J-V參數(shù)總結(jié)

LECO：經(jīng)過LECO處理后，F(xiàn)F從75.8%提升至77.2%，效率從21.4%提升至21.7%。通過優(yōu)化接觸質(zhì)量，提升了填充因子（FF）和效率。

光浸泡：進(jìn)一步提升了Voc和效率，同時(shí)降低了串聯(lián)電阻（Rs），表明光浸泡處理有助于改善載流子傳輸和減少復(fù)合損失。

串聯(lián)電阻（Rs）：隨著LECO和LS處理的進(jìn)行，Rs逐漸降低，表明接觸質(zhì)量和載流子傳輸性能得到改善。

效率提升：從初始的21.4%提升至22.0%，表明后處理工藝對(duì)電池性能的優(yōu)化具有重要意義。

本文通過一種低成本、可擴(kuò)展的工藝成功制備了具有前SiOx/多晶硅選擇性發(fā)射極的雙面TOPCon太陽能電池，展示了其在高效太陽能電池領(lǐng)域的巨大潛力。通過優(yōu)化制備工藝，實(shí)現(xiàn)了22.0%的電池效率，表明低溫度燒結(jié)和后金屬化處理相結(jié)合具有顯著的潛力。通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝和改善材料及接觸特性，選擇性DS-TOPCon太陽能電池的效率有望突破25%，成為下一代高效太陽能電池的有力候選。美能UVPLUS SE光譜橢偏儀

美能UVPLUS SE光譜橢偏儀是專門針對(duì)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(cè)單元和光譜橢偏儀分析軟件，專用于測(cè)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(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測(cè)量技術(shù)，Delta測(cè)量范圍0-360°，無測(cè)量死角

• 高靈敏檢測(cè)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(duì)多層薄膜檢測(cè)設(shè)計(jì)，滿足雙層膜（如SiNx/SiO2，SiNx2/SiNx1,SiNx/Al2O3）檢測(cè)

• 多入射角度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高靈活測(cè)量，滿足復(fù)雜樣品測(cè)試需求

原文出處：Fabrication and Detailed Analysis of 22.0% Rear Junction Double-side TOPCon Solar Cell with Front SiOX/Polysilicon Selective Emitter

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