激光划片边缘钝化：非接触IV验证iVoc+8.6mV

随着光伏产业追求更高效率，将电池切割成半片或叠瓦片是降低组件内部电阻损耗的有效手段。然而，无论是激光划片还是机械裂片，都会在电池切割边缘产生大量缺陷。这些缺陷成为载流子的复合中心，严重降低了少子寿命和开路电压，反而抵消了切割带来的部分好处。

本研究提出并验证了一种创新的局部边缘钝化技术，旨在“修复”切割造成的损伤，而不影响电池其他完好区域。

(a) TOPCon电池结构示意图；(b)(c) 常规全覆盖钝化方法；(d) 本研究提出的局部边缘钝化策略（只处理边缘角落和横截面）

直接原子层处理技术

Millennial Solar

光学显微镜下钝化电池顶面的亮线，显示局部TiO₂沉积在(a)角落周围和(b)边缘沿线

不同于以往需要覆盖整个电池表面的钝化方法，研究人员采用了某公司开发的直接原子层处理技术（DALP）。这项技术可以理解为传统真空原子层沉积的“精准喷墨打印版”。它在大气压下，通过一个微型喷嘴将反应气体精确输送到需要处理的局部区域（即切割边缘），从而沉积出高质量、保形性好的钝化薄膜。

本研究中，该技术成功地在激光划片后的TOPCon电池片边缘，局部沉积了一层约50纳米厚、230-240微米宽的二氧化钛薄膜。这层薄膜不仅覆盖了边缘顶面，还向下包裹了约10微米的横截面，恰好覆盖了最容易发生复合的PN结区域。

切割损伤的微观证据：SEM分析

Millennial Solar

横截面SEM图像 (a) 激光划片后的裂片边缘（粗糙、损伤）；(b) 正常硅太阳电池边缘（光滑）

研究首先用扫描电子显微镜（SEM）对比了激光划片边缘与正常边缘的形貌。正常边缘光滑均匀；而激光划片后，边缘出现熔融重铸区、V型烧蚀沟和再凝固颗粒，永久性结构损伤非常明显。

顶面SEM图像（左）显示TiO₂沉积区与未沉积区的清晰对比；右侧EDS面分布确认Ti和O仅存在于目标矩形区域

放大SEM图像（左）显示TiO₂覆盖在随机金字塔表面；右侧EDS确认选定区域（白框）的Ti/O元素

横截面两个不同区域的EDS面分布，紫色为Ti，红色为O，显示TiO₂从表面向内部延伸约10μm

钝化后，通过SEM和能谱（EDS）面分布可以清楚看到：TiO₂沉积区域（宽度230–240μm）与非沉积区域界限分明，且Ti和O元素只出现在目标边缘区域，证明沉积是局部的。同时在横截面上，TiO₂从顶部向下延伸约10μm，有效包裹了PN结。

实验验证与关键发现

Millennial Solar

研究人员使用Sinton和MDP等专业设备，对钝化前后的电池片进行了系统的光电性能表征。像这类非接触式的光电性能评估，现在也有像美能非接触IV测试仪这样的工具可以选，优点是测试过程中不会因为探针接触引入额外的缺陷，能更准确地反映钝化工艺的真实效果。

不同实验条件下寿命和iVoc的变化折线图，每个数据点的Δ表示相对前一步的变化量

钝化效果显著：实验结果表明，局部沉积二氧化钛后，电池片的少子寿命从724微秒提升到823微秒，隐含开路电压从715.0毫伏提升到717.1毫伏。这直接证明了钝化层有效抑制了边缘的复合活性。

五张寿命面分布图及对应的直方图(a)钝化前；(b)钝化后；(c)180°C退火后；(d)200°C退火后；(e)215°C退火后

退火温度至关重要：钝化后的样品在不同温度下进行了退火处理。研究发现，在180°C下退火10分钟，钝化效果达到最佳。此时，与未处理的样品相比，少子寿命总计提升了149微秒，隐含开路电压提升了8.6毫伏。然而，当退火温度升高到200°C及以上时，电池性能反而开始下降。

性能退化原因分析：这种先升后降的非单调性变化，源于二氧化钛材料本身的特性。在低温（如150°C沉积、180°C退火）下，二氧化钛以非晶态存在，其结构中的氢原子等能有效地饱和硅表面的悬挂键，起到优异的钝化作用。而高温（≥200°C）退火会诱导非晶二氧化钛向晶态转变，这一过程可能引入新的晶界缺陷或破坏原有的良好界面键合，从而导致钝化效果大打折扣。

仅退火（未钝化）样品的寿命增益柱状图，对比不同退火条件

对比实验确认效果：作为对照，研究人员还对未钝化的切割样品进行了相同条件的退火处理。这些样品的寿命提升幅度（最大约61微秒）远小于经过钝化处理的样品（149微秒）。这有力地证明了，观察到的性能提升主要归功于二氧化钛薄膜的局部钝化作用，而非单纯的退火热处理效应。

本研究成功展示了DALP技术在光伏领域的创新应用价值。通过在激光划片边缘进行局部二氧化钛钝化，可以在不牺牲电池其他区域性能的前提下，有效补偿切割带来的电学损失，显著提升少子寿命和隐含开路电压。该技术路线精准、高效，避免了传统全覆盖钝化工艺的材料浪费和潜在的表面积累效应。研究也明确了钝化层的最佳退火窗口（约180°C），并指出了高温晶化是导致性能退化的关键因素。未来，这项技术可以拓展到其他钝化材料（如Al₂O₃）的研究，并结合更精确的样品控制，实现对切割边缘横截面的完全包裹，从而进一步提升钝化效果，为半片、叠瓦等高效组件技术提供强有力的支持。