隨著全球能源需求的增長，開發高效率太陽能電池變得尤為重要。本文旨在開發一種成本效益高且可擴展的制備工藝，用于制造具有前側SiOx/多晶硅選擇性發射極的雙面TOPCon太陽能電池，并通過優化工藝實現超過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驗電池到接近工業標準的大面積電池。

前TOPCon圖案化方法：包括自對準網格、局部PECVD、激光氧化和噴墨掩膜等技術，展示了多種實現選擇性發射極的工藝路徑。

前接觸方案：主要采用物理氣相沉積（PVD）、絲網印刷（SP）結合高溫燒結（HT）以及Ni/Ag電鍍等方法。

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

選擇性DS-TOPCon太陽能電池制備工藝流程圖

晶片準備：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行，持續30分鐘。

本征多晶硅沉積：使用低壓化學氣相沉積（LPCVD）在588°C下沉積本征多晶硅，沉積時間為50分鐘。沉積后的多晶硅厚度在平面區域為250 nm，在紋理化區域為180 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）。

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

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），完成全區域雙面TOPCon電池前體的制備。

多晶硅圖案化：在前側沉積SiOx/SiNx（96/30 nm）雙層膜。使用噴墨打印技術在前側形成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）溶液蝕刻掉未保護區域的n-TOPCon層，直至隧道氧化層停止。最后，使用HF溶液去除晶片兩側剩余的SiOx/SiNx層。

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

金屬化：在前側和后側分別沉積SiNx/SiOx（40/90 nm）和單層SiNx（70 nm）。使用絲網印刷技術在前側和后側分別形成300 μm寬的5根匯流條和600 μm寬的5根匯流條，以及相應的柵線。在工業帶式爐中進行燒結處理，完成電池的金屬化。DS-TOPCon電池前驅體在制備過程中的鈍化質量

全區域和選擇性DS-TOPCon電池前驅體的鈍化質量

全區域DS-TOPCon電池前體具有優異的鈍化特性，iVoc接近730 mV，iFF達到86.3%。

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

燒結引起的性能退化

選擇性DS-TOPCon電池前驅體在不同燒結溫度（725°C和750°C）下的性能變化，隨著燒結溫度的升高，iVoc和iFF顯著下降，表明高溫燒結對電池性能有負面影響。此外，圖中還展示了復合電流密度（J0）的分解結果，表明表面復合是導致性能退化的主要原因。

燒結過程中，Voc和iFF隨溫度升高而下降，表明高溫燒結對電池性能有負面影響。低溫度燒結有助于減少性能退化。金屬化工藝和選擇性DS-TOPCon電池結果

選擇性DS-TOPCon太陽能電池的J-V參數

725°C燒結：盡管效率較高，但工藝穩定性較差，需要進一步優化。

750°C燒結：工藝穩定性較好，但效率較低，表明高溫燒結可能導致更多的復合損失和電阻損失。

低溫度燒結（725°C）有助于減少復合損失和電阻損失，從而提高電池效率，但需要進一步優化工藝控制以提高穩定性。后燒結處理：激光增強接觸優化和光浸泡

LECO和光浸泡處理后的J-V參數總結

LECO：經過LECO處理后，FF從75.8%提升至77.2%，效率從21.4%提升至21.7%。通過優化接觸質量，提升了填充因子（FF）和效率。

光浸泡：進一步提升了Voc和效率，同時降低了串聯電阻（Rs），表明光浸泡處理有助于改善載流子傳輸和減少復合損失。

串聯電阻（Rs）：隨著LECO和LS處理的進行，Rs逐漸降低，表明接觸質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%，表明后處理工藝對電池性能的優化具有重要意義。

本文通過一種低成本、可擴展的工藝成功制備了具有前SiOx/多晶硅選擇性發射極的雙面TOPCon太陽能電池，展示了其在高效太陽能電池領域的巨大潛力。通過優化制備工藝，實現了22.0%的電池效率，表明低溫度燒結和后金屬化處理相結合具有顯著的潛力。通過進一步優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

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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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