光伏TOPCon太陽(yáng)能電池片作為高效的太陽(yáng)能電池技術(shù)，具有更高的轉(zhuǎn)換效率和更低的能源成本，受到了廣泛的關(guān)注。生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模化生產(chǎn)的推動(dòng)，使TOPCon太陽(yáng)能電池的成本逐漸降低，未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。「美能光伏」緊跟用戶和行業(yè)發(fā)展需求，提出高效TOPCon電池片研發(fā)解決方案，并研發(fā)出在線Poly膜厚測(cè)試儀，采用領(lǐng)先的微納米薄膜光學(xué)測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超廣測(cè)量范圍20nm-2000nm和0.5nm超高重復(fù)性精度，可對(duì)樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的5點(diǎn)同步掃描。

光注入退火工藝原理

高效的太陽(yáng)能電池要求在具有良好的界面鈍化情況，盡可能實(shí)現(xiàn)一維縱向輸運(yùn)，使Voc和FF最大化。而鈍化接觸便是實(shí)現(xiàn)該功能的途徑之一。鈍化接觸電池的poly-Si與Si基底界面間的氧化硅對(duì)鈍化起著非常關(guān)鍵的作用，氧化硅通過(guò)化學(xué)鈍化降低Si基底與poly-Si之間的界面態(tài)密度。在重?fù)絧oly-Si中，多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)高于少數(shù)載流子，降低電子空穴復(fù)合幾率的同時(shí)，也增加了電導(dǎo)率形成多數(shù)載流子的選擇性接觸。在選擇性接觸區(qū)域，多數(shù)載流子傳輸導(dǎo)致電阻損失，同時(shí)少量少數(shù)載流子向金屬接觸區(qū)域遷移導(dǎo)致復(fù)合損失。前者對(duì)應(yīng)接觸電阻 ρc，而后者則對(duì)應(yīng)界面復(fù)合電流 J0。

TOPCon太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)

光注入退火爐的工藝流程:自動(dòng)化上料(電池片)→升溫區(qū)(紅外燈管加熱)→光照區(qū)(LED燈)→降溫→自動(dòng)化下料。光注入退火爐工藝步驟:第一步升溫，通過(guò)升溫激活氮化硅鈍化膜中的H原子；第二步通過(guò)光照控制原子的價(jià)態(tài)，使其在P+發(fā)射極和N型基底與復(fù)合中心(缺陷)結(jié)合，形成非復(fù)合中心。最終實(shí)現(xiàn)良好鈍化效果，達(dá)到提升Voc與FF的目的。

光注入（氫鈍化）機(jī)理

光注入退火工藝對(duì)TOPCon電池電性能的影響

用相同效率檔位的電池片，經(jīng)過(guò)光注入退火工藝后，對(duì)比各個(gè)電性能參數(shù)變化情況。

光注入前后Voc和FF的變化

TOPCon電池經(jīng)過(guò)光注入后Voc與FF提升比較明顯，其他電參數(shù)均沒(méi)有變化。因此，說(shuō)明經(jīng)過(guò)光注入后氫原子鈍化了晶界與晶面的懸掛鍵，提升了PN結(jié)的質(zhì)量，提高了Voc。進(jìn)一步分析說(shuō)明，發(fā)射極部分屬硼摻雜區(qū)，表面沉積氮化硅膜后，發(fā)射區(qū)會(huì)同時(shí)存在硼和氫，氫原子在離硼約0.125nm處的球面上位能具有極小值，氫被束縛在這個(gè)球面上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，形成動(dòng)態(tài)硼-氫復(fù)合體。在完整的硅晶體中，單獨(dú)的代位硼原子在價(jià)帶上面引入一個(gè)未填滿的受主能級(jí)，而單獨(dú)的間隙氫原子則在導(dǎo)帶下面引入一個(gè)新的施主能級(jí)。當(dāng)硼和氫同時(shí)存在，氫原子處在球面能谷中的情況下，由于之間的相互作用，硼和氫在禁帶中引入的能級(jí)分別轉(zhuǎn)入價(jià)帶和導(dǎo)帶，電子填充到價(jià)帶頂，硼不再起受主作用，即被鈍化。

LED光照處理時(shí)光照強(qiáng)度和峰值溫度對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響

用相同效率檔位電池片，LED 光照時(shí)峰值溫度分別設(shè)置為200℃ 、260℃、320℃。從圖中可以看出，峰值溫度設(shè)定為260℃時(shí)，效率提升幅度最大。其機(jī)理在于退火(200℃)有助于提高非晶硅的鈍化，源于界面態(tài)密度的降低（Si 懸掛鍵），非晶硅薄膜的微結(jié)構(gòu)改變不影響光致增益。

光照時(shí)溫度設(shè)置為260℃，光照強(qiáng)度分別設(shè)置為10%、20%、30%、40%、50%、60%。從圖中可以看出，LED光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，效率提升幅度不變。相同加熱溫度條件下，光照強(qiáng)度對(duì)效率提升無(wú)影響。即使弱光也會(huì)產(chǎn)生增益現(xiàn)象，因此效率增益是由于a-Si∶H/c-Si界面復(fù)合的降低引起的。

LED光照時(shí)不同峰值溫度和光照強(qiáng)度增效對(duì)比

POLY層膜厚對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響

采用雙面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，制作不同poly 厚度對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)片，光注入退火工藝前后分別測(cè)試 i Voc，對(duì)比 TOPCon 電池背面鈍化層厚度經(jīng)過(guò)光注入退火工藝后鈍化性能的變化規(guī)律。

不同poly厚度對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)經(jīng)光注入前后鈍化性監(jiān)測(cè)

從圖中可以看出，當(dāng)背面鈍化層poly厚度小于150nm時(shí)，經(jīng)過(guò)光注入退火工藝后鈍化性能有損失現(xiàn)象；厚度大于等于150nm時(shí)，鈍化性能保持不變。背面鈍化層poly厚度增加，多晶硅層的寄生光吸收會(huì)增強(qiáng)，降低了光的利用效率。因此鈍化層poly的厚度需要綜合考慮寄生吸收與鈍化性能兩方面因素。

不同光注入退火工藝對(duì)較薄POLY-Si鈍化性能的影響

取厚度相同的poly-Si雙面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)測(cè)試片，使用不同光注入退火工藝。驗(yàn)證不同光注入退火工藝對(duì)較薄 poly-Si 厚度電池片鈍化性能的影響。從圖中可以看出，調(diào)整光注入退火溫度、光照強(qiáng)度對(duì)較薄 poly 鈍化層的鈍化性能無(wú)改善。

90nm厚度poly-Si對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)不同光注入工藝前后鈍化監(jiān)測(cè)