22.0%效率的突破：前硅多晶硅选择性发射极双面TOPCon电池的制备与优化

随着全球能源需求的增长，开发高效率太阳能电池变得尤为重要。本文旨在开发一种成本效益高且可扩展的制备工艺，用于制造具有前侧SiOx/多晶硅选择性发射极的双面TOPCon太阳能电池，并通过优化工艺实现超过25%的电池效率。不同条件下制备的电池性能

选择性DS-TOPCon电池的报道效率

面积：电池面积从4 cm²到244.3 cm²不等，表明研究涵盖了从小面积实验电池到接近工业标准的大面积电池。

前TOPCon图案化方法：包括自对准网格、局部PECVD、激光氧化和喷墨掩膜等技术，展示了多种实现选择性发射极的工艺路径。

前接触方案：主要采用物理气相沉积（PVD）、丝网印刷（SP）结合高温烧结（HT）以及Ni/Ag电镀等方法。

效率：报道的效率范围从19.8%到22.5%，其中喷墨掩膜结合SP/HT烧结的方案效率最高（22.5%）。通过对比不同图案化方法和接触方案的效率，突出了喷墨掩膜结合SP/HT烧结的潜力。选择性DS-TOPCon太阳能电池前驱体的制备

选择性DS-TOPCon太阳能电池制备工艺流程图

晶片准备：使用156 mm尺寸、200 µm厚的n型Czochralski（Cz）晶片，电阻率为3 Ω·cm。晶片表面进行单面纹理化处理，以增加光的吸收。

隧道氧化层生长：在晶片的两侧通过硝酸氧化（NAO）工艺生长约15 Å厚的隧道氧化层。这一过程在室温下进行，持续30分钟。

本征多晶硅沉积：使用低压化学气相沉积（LPCVD）在588°C下沉积本征多晶硅，沉积时间为50分钟。沉积后的多晶硅厚度在平面区域为250 nm，在纹理化区域为180 nm。

硼硅玻璃（BSG）和未掺杂硅酸盐玻璃（USG）沉积：通过大气压化学气相沉积（APCVD）在晶片表面沉积35 nm厚的硼硅玻璃（BSG，硼含量8%）和65 nm厚的未掺杂硅酸盐玻璃（USG）。

共扩散工艺：共扩散工艺包括两个阶段：第一阶段：925°C下进行硼扩散；第二阶段：840°C下进行原位磷扩散（POCl3扩散）。这一工艺同时在晶片两侧形成磷掺杂和硼掺杂的多晶硅层，省去了额外的掩膜和扩散步骤。

去除掺杂玻璃层和掩膜层：去除掺杂后的玻璃层（PSG和BSG）和掩膜层（USG），完成全区域双面TOPCon电池前体的制备。

多晶硅图案化：在前侧沉积SiOx/SiNx（96/30 nm）双层膜。使用喷墨打印技术在前侧形成200 µm宽的热熔墨水掩膜。使用氢氟酸（HF）蚀刻掉掩膜外的SiOx/SiNx层。去除墨水掩膜后，使用氢氧化钾（KOH）溶液蚀刻掉未保护区域的n-TOPCon层，直至隧道氧化层停止。最后，使用HF溶液去除晶片两侧剩余的SiOx/SiNx层。

前场钝化：在O2/反式二氯乙烷（DCE）环境中生长约8 nm厚的热氧化层，用于前场钝化。

金属化：在前侧和后侧分别沉积SiNx/SiOx（40/90 nm）和单层SiNx（70 nm）。使用丝网印刷技术在前侧和后侧分别形成300 µm宽的5根汇流条和600 µm宽的5根汇流条，以及相应的栅线。在工业带式炉中进行烧结处理，完成电池的金属化。DS-TOPCon电池前驱体在制备过程中的钝化质量

全区域和选择性DS-TOPCon电池前驱体的钝化质量

全区域DS-TOPCon电池前体具有优异的钝化特性，iVoc接近730 mV，iFF达到86.3%。

图案化和再钝化过程对钝化质量有一定影响，但整体性能仍然保持较高水平，iVoc约为733 mV，iFF为86.0%。烧结引起的性能退化研究

烧结引起的性能退化

选择性DS-TOPCon电池前驱体在不同烧结温度（725°C和750°C）下的性能变化，随着烧结温度的升高，iVoc和iFF显著下降，表明高温烧结对电池性能有负面影响。此外，图中还展示了复合电流密度（J0）的分解结果，表明表面复合是导致性能退化的主要原因。

烧结过程中，Voc和iFF随温度升高而下降，表明高温烧结对电池性能有负面影响。低温度烧结有助于减少性能退化。金属化工艺和选择性DS-TOPCon电池结果

选择性DS-TOPCon太阳能电池的J-V参数

725°C烧结：尽管效率较高，但工艺稳定性较差，需要进一步优化。

750°C烧结：工艺稳定性较好，但效率较低，表明高温烧结可能导致更多的复合损失和电阻损失。

低温度烧结（725°C）有助于减少复合损失和电阻损失，从而提高电池效率，但需要进一步优化工艺控制以提高稳定性。后烧结处理：激光增强接触优化和光浸泡

LECO和光浸泡处理后的J-V参数总结

LECO：经过LECO处理后，FF从75.8%提升至77.2%，效率从21.4%提升至21.7%。通过优化接触质量，提升了填充因子（FF）和效率。

光浸泡：进一步提升了Voc和效率，同时降低了串联电阻（Rs），表明光浸泡处理有助于改善载流子传输和减少复合损失。

串联电阻（Rs）：随着LECO和LS处理的进行，Rs逐渐降低，表明接触质量和载流子传输性能得到改善。

效率提升：从初始的21.4%提升至22.0%，表明后处理工艺对电池性能的优化具有重要意义。

本文通过一种低成本、可扩展的工艺成功制备了具有前SiOx/多晶硅选择性发射极的双面TOPCon太阳能电池，展示了其在高效太阳能电池领域的巨大潜力。通过优化制备工艺，实现了22.0%的电池效率，表明低温度烧结和后金属化处理相结合具有显著的潜力。通过进一步优化工艺和改善材料及接触特性，选择性DS-TOPCon太阳能电池的效率有望突破25%，成为下一代高效太阳能电池的有力候选。美能UVPLUS SE光谱椭偏仪

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

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