隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）技術作為當前太陽能電池領域的核心技術之一，憑借其優異的背面鈍化性能，在工業生產中實現了廣泛應用。然而，多晶硅薄膜材料固有的窄帶隙和高吸收系數特性，導致其在 TOPCon 結構中產生顯著的寄生吸收損失，而減小多晶硅厚度又會引發金屬漿料燒穿和接觸電阻增加的問題。為精準量化多晶硅的光學特性（如消光系數k、折射率n），本研究采用美能全光譜橢偏儀對薄膜厚度及寄生吸收行為進行表征，協同優化這一矛盾以突破效率瓶頸。

實驗設計

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• 樣品制備

TOPCon結構制備流程

PECVD多晶硅薄膜：在183×183 mm2n型硅片（厚度110±20 μm，電阻率0.5–1.5 Ω·cm）背面沉積P摻雜多晶硅，通過調整沉積時間（300-950 s）獲得50-150 nm梯度厚度（G1-G4）。

(a) 基準多晶硅結構；(b)多晶硅指狀結構示意圖

TOPCon電池制備：堿拋光形成金字塔織構，硼擴散制備p?層，嵌入式單側蝕刻（SSE）去除周邊摻雜，背面PECVD沉積SiO?/P摻雜非晶硅，退火結晶后分為兩組：

基準結構與多晶硅指狀結構電池的工業化生產線流程對比

基準組：RCA清洗去除SiO?掩模，堿拋光去除正面n?poly-Si包覆層。指狀結構組：激光（532 nm，50 W，100 kHz）在poly-Si接觸區形成7-10 nm SiO?掩模，堿拋光（KOH速率20 nm/min）非接觸區減薄至~50 nm，接觸區保留~150 nm厚poly-Si。

多晶硅厚度影響

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(a-b) 橢偏儀測量的消光系數(k)和折射率(n)；(c-d) 不同樣品的外量子效率曲線

光譜橢偏儀SE測試表明，多晶硅poly-Si的消光系數隨厚度減小而降低，薄多晶硅（G1，50 nm）的寄生吸收顯著低于厚多晶硅（G4，150 nm）。外部量子效率測試進一步證實，在長波長范圍（700–1000 nm），薄多晶硅結構的量子效率更高，驗證了寄生吸收損失的降低。

(a) 對稱結構（I）和TLM測試結構（II-III）；(b-e) 鈍化性能（壽命、J?、iVoc）與接觸電阻(ρc)

鈍化性能測試顯示，50–150 nm 厚度范圍內的多晶硅均表現出優異的鈍化效果，壽命平均值超過 2000 μs，J?維持在 5.9–6.3 fA/cm2 水平。接觸電阻測試表明，厚多晶硅（150 nm）的接觸電阻率僅為0.7 mΩ?cm2，而薄多晶硅（50 nm）因金屬燒穿導致接觸電阻升高至3.9 mΩ?cm2，凸顯了指狀結構設計的必要性。

指狀結構驗證

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(a) 多晶硅指狀結構（G5）；(b-e) 金屬接觸區/非接觸區多晶硅的SEM俯視圖與截面

指狀結構協同優化：激光掩模結合堿拋光實現空間差異化厚度：接觸區厚poly-Si（~150 nm）保障低電阻（ρc=0.7 mΩ·cm2），非接觸區薄poly-Si（~50 nm）減少寄生吸收。SEM截面證實結構可行性。

多晶硅指狀結構（G5）與基準結構電池的電性能參數對比

基于多晶硅指狀結構的 TOPCon 電池（G5）在 183 × 183 mm2 晶圓上實現了平均 25.28% 的轉換效率，較基準結構提高0.33%。其中短路電流密度（J??）提升 0.52 mA/cm2 至 41.97 mA/cm2，歸因于非接觸區域薄多晶硅的寄生吸收減少，而開路電壓（V??）和填充因子（FF）與基準結構相當，表明鈍化性能和歐姆接觸未受影響。多晶硅指狀結構通過選擇性調控多晶硅厚度，成功平衡了 TOPCon 電池中寄生吸收與金屬接觸電阻的矛盾，實現了轉換效率的顯著提升：量產效率突破 25.28%，為TOP Con 電池邁向 28.7% 理論效率提供新路徑。該結構制備工藝兼容 PECVD 和 LPCVD 方法，具備工業規模化生產的潛力，為高效 TOPCon 太陽能電池的發展提供了新的技術路徑。

美能全光譜橢偏儀

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全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測量和分析光伏領域中單層或多層納米薄膜的層構參數（如厚度）和物理參數（如折射率n、消光系數k）

• 先進的旋轉補償器測量技術：無測量死角問題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測量：先進的光能量增強技術，高信噪比的探測技術。
• 秒級的全光譜測量速度：全光譜測量典型5-10秒。
• 原子層量級的檢測靈敏度：測量精度可達0.05nm。

美能全光譜橢偏儀在本研究中實現了多晶硅指狀結構的精密光學驗證，證實了多晶硅指狀結構在 TOPCon 電池中的有效性，還為解決半導體薄膜材料中性能矛盾提供了通用思路。未來可進一步優化激光加工參數和多晶硅厚度分布，探索該結構在雙面鈍化、疊層電池等先進技術中的應用，推動太陽能電池效率向理論極限邁進。

原文參考：Enhancing passivation and reducing absorption losses in TOPCon solar cells via Poly-Si finger structure

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