基于激光摻雜與氧化層厚度調(diào)控的IBC電池背表面場區(qū)圖案化技術(shù)解析

IBC太陽能電池因其背面全電極設(shè)計，可消除前表面金屬遮擋損失，成為硅基光伏技術(shù)的效率標桿。然而，傳統(tǒng)圖案化技術(shù)（如光刻、激光燒蝕）存在工藝復(fù)雜或硅基損傷等問題。本研究創(chuàng)新性地結(jié)合激光摻雜與濕法氧化特性，通過局部高濃度磷摻雜增強氧化速率并結(jié)合美能在線膜厚測試儀實時監(jiān)測SiO?厚度，實現(xiàn)自對準圖案化與高效鈍化。

實驗方法

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材料：p型CZ-Si（180 μm，4 Ω·cm），POCI?與BBr?液態(tài)摻雜源。關(guān)鍵步驟：

• PSG層沉積與激光選擇性摻雜；
• 濕法熱氧化（850°C，30分鐘）生成厚/薄氧化層；
• HF選擇性蝕刻與KOH織構(gòu)化；
• BBr?擴散形成p?發(fā)射極，PECVD沉積SiN?鈍化層，絲網(wǎng)印刷金屬化。

Deal-Grove模型模擬與氧化特性

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磷表面摻雜濃度對濕法與干法熱氧化氧化層厚度的影響基于Deal-Grove硅氧化動力學(xué)模型，模擬濕法（H?O）與干法（O?）氧化中磷表面濃度（Ns）對氧化層厚度（dox）的影響。結(jié)果顯示：

• 濕法氧化在Ns=7×1019?cm?3時dox=125?nm，是輕摻雜區(qū)（48nm）的2.6倍；
• 干法氧化速率低（dox<20?nm），無法滿足選擇性蝕刻需求。

實驗數(shù)據(jù)與模擬值的偏差源于激光摻雜的非均勻分布（誤差函數(shù) vs. 理想矩形分布）。

激光摻雜參數(shù)調(diào)控

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激光摻雜n??區(qū)域的電學(xué)特性上圖顯示激光脈沖能量密度（Hp）對薄層電阻（Rsh）及氧化層厚度（dox）的影響：

• Zone-I（Hp<1.1?J/cm2）：能量不足，無摻雜效應(yīng)；
• Zone-II（1.1p<2.1?J/cm2）：Rsh線性下降（160→75 Ω/sq），Ns從4×1018?cm?3升至6×1019?cm?3，dox增至123 nm；
• Zone-III（Hp>2.1?J/cm2）：硅表面蒸發(fā)導(dǎo)致Ns降低，dox減少至75 nm。

優(yōu)化Hp=2.1?J/cm2可實現(xiàn)高摻雜濃度與氧化層厚度的平衡。

IBC電池工藝流程與優(yōu)化

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IBC電池結(jié)構(gòu)及制造流程圖a展示了IBC電池的橫截面結(jié)構(gòu)：n型硅基底上交替分布p?發(fā)射極與n??BSF，表面覆蓋SiN?鈍化層與金屬電極。圖b詳述了制造流程：

• 激光摻雜與氧化：POCI?擴散生成磷硅玻璃（PSG），激光選擇性摻雜后濕法氧化（850°C，30分鐘），形成厚/薄氧化層分區(qū)。
• 選擇性蝕刻與織構(gòu)化：HF蝕刻去除非摻雜區(qū)薄氧化層（48 nm），保留BSF區(qū)厚氧化層（75 nm）作為KOH織構(gòu)化的蝕刻阻擋層（蝕速比Si慢200-400倍）。

掩模SiO?厚度對BBr?擴散的影響

• BBr?擴散與鈍化：55 nm氧化層完全屏蔽硼擴散，形成p?發(fā)射極（Rsh=350?Ω/sq，基區(qū)電阻主導(dǎo)）。PECVD沉積SiN?鈍化層后，絲網(wǎng)印刷金屬電極完成電池制備。

IBC電池性能

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表1. IBC太陽能電池的電流-電壓特性匯總

表1總結(jié)了概念驗證電池的I-V特性：中值效率為20.09%（Voc=652.3?mV，Jsc=40.22?mA/cm2，F(xiàn)F = 76.79%），最高效率達20.42%。限制因素包括：

• 激光誘導(dǎo)體缺陷與氧化層堆垛層錯；
• p?發(fā)射極與n?? BSF的鈍化質(zhì)量差異。

研究表明，通過利用局部激光摻雜n??背表面場（BSF）區(qū)域的增強氧化特性，可在IBC電池背面實現(xiàn)圖案化，并屏蔽激光摻雜n??BSF區(qū)域免受后續(xù)BBr?擴散的影響。研究系統(tǒng)探究了激光脈沖能量密度（Hp）對激光摻雜n??c-Si薄層電阻（Rsh）及濕法熱氧化后SiO?厚度（dox）的影響。

美能在線膜厚測試儀

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采用微納米薄膜光學(xué)測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)超廣測量范圍20nm-2000nm和0.5nm超高重復(fù)性精度，可對樣品進行快速、自動的5點同步掃描。

Poly膜厚測試范圍20nm-2000nm

快速、自動的5點同步掃描

非接觸、無損測量，零碎片率

24小時自動且不停線校準，保證生產(chǎn)效率

實驗過程中采用美能在線膜厚測試儀對氧化層厚度進行非接觸式動態(tài)監(jiān)測，其0.5nm超高重復(fù)性精度和五點多維同步掃描技術(shù)，有效保障了摻雜區(qū)（125nm）與非摻雜區(qū)（48nm）氧化層的精準區(qū)分。此方法通過簡化工藝質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，有望推動IBC電池的低成本產(chǎn)業(yè)化。

原文參考：Structuring Interdigitated Back Contact Solar Cells Using the Enhanced Oxidation Characteristics Under Laser-Doped Back Surface Field Regions*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)系我司進行刪除。