TOPCon電池憑借背面超薄SiO?/多晶硅疊層的優異鈍化性能，成為n型硅電池主流工藝。然而傳統硼擴散工藝成本較高。本研究提出創新解決方案：PECVD單側沉積+同步退火集成工藝，正面：PECVD沉積硼摻雜氧化硅(SiO?:B)層；背面：N?O等離子體處理的n型多晶硅(poly-Si(n))；單步共退火同步形成雙面結構，消除BSG清洗步驟。美能PL/EL一體機測試儀為鈍化層界面質量驗證和損傷位置定位提供支持。

實驗證實，該方法在降低制造成本的同時，可實現21%的轉換效率，通過LECO優化與深結設計，效率潛力達25%，提供高性價比升級路徑。

實驗方法

Millennial Solar

(a) 太陽能電池工藝流程圖;(b) 硼發射極開發所用樣品結構;(c) 多晶硅鈍化接觸開發所用樣品結構

樣品制備

基底：4英寸n型直拉單晶硅(FZ, 〈100〉, 2 Ω·cm)

關鍵工藝：

硼發射極：

HNO?熱氧化（80°C, 10 min, 1.2 nm）→ PECVD沉積SiO?:B（SiH?/CO?/TMB/H?）退火（850–950°C, 30–60 min）→ 氫氟酸溶液濕法蝕刻殘留SiO?:B

背面接觸：

N?O等離子體生長隧穿氧化層（1.3 nm）→ PECVD沉積磷摻雜多晶硅(poly-Si(n), 含2–3% C)管式爐退火（900°C）→ PECVD沉積氫化氮化硅(SiN?:H)

電池集成：

同步退火（900°C, 1 h）→ 正面原子層沉積氧化鋁(AlO?) →絲網印刷銀鋁(Ag/Al)柵線 → 背面氣相氫氟酸(vapor HF)蝕刻+ITO/Ag濺射

表征技術：

硼發射極形成

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ECV測量:(a)不同退火溫度和駐留時間下的硼擴散剖面(b)不同TMB流量下退火后的硼擴散剖面

利用PECVD技術在硅片正表面沉積硼摻雜SiO?（SiH?/CO?/H?/TMB）作為擴散源。

通過調控TMB流量和退火參數，實現峰值濃度(3×101?–1×102? cm?3)和結深(100–600 nm)的精密調節。

優化后的發射極（TMB = 50 sccm）結合AlO?/SiN?疊層鈍化，在傳統絲印AgAl燒結后實現ρc < 5 mΩ cm2。

高溫穩定的背鈍化接觸

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對稱SiO?/多晶硅樣品在兩種氧化策略下開路電壓隨熱預算的變化

多晶硅(n)對稱樣品經N?O處理并在900°C退火1小時后氫化（左）及金屬化TLM結構（右）后的光致發光PL圖像

傳統UV-O?氧化隧穿層的n-poly-Si鈍化接觸在實現發射極所需的高溫 ( 900°C，> 30 min )下鈍化性能(iVoc)急劇下降。

創新性引入N?O等離子體后處理，顯著提升界面穩定性：

在900℃/60min嚴苛退火后，實現優異表面鈍化（iVoc ≈ 720 mV）；

搭配濺射ITO/Ag方案，接觸電阻率低至22 mΩ cm2；

光致發光PL下顯示良好的均勻性和界面質量。

共退火原型電池集成與性能

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TOPCon太陽能電池的Voc、Jsc、FF和PCE參數

首次將共退火工藝整合應用到TOPCon電池原型中，在未進行接觸優化(LECO)的情況下實現了21%的轉換效率(PCE)，為簡化的共退火工藝提供了有力概念驗證。

最佳性能：20.99% PCE(TMB 50 sccm, 峰值燒結溫度840°C)，對應Voc=669 mV, Jsc=40.5 mA/cm2, FF=78%。

Voc損失的來源隨發射極摻雜（TMB流量）和峰值燒結溫度的變化

金屬誘導復合（尤其淺發射極）、高摻雜濃度奧杰復合及體壽命缺陷是Voc損失主因；發射極薄層電阻和串聯電阻導致FF損失。

應用不同策略后的太陽能電池效率提升模擬結果

通過降低峰值摻雜濃度、激光增強接觸優化 (LECO)、細線金屬柵設計及CZ硅片應用，模擬效率可提升至25%。

本研究提出一種單步共退火工藝，通過等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）同時形成TOPCon電池的前端硼發射極和后端多晶硅鈍化接觸，替代傳統兩步驟工藝，驗證了21%轉換效率的原型電池并分析了優化路徑。

美能PL/EL一體機測試儀

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美能PL/EL一體機測試儀模擬太陽光照射鈣鈦礦太陽能電池片，均勻照亮整個樣品，并用專業的鏡頭采集光致發光（PL）信號，獲得PL成像；電致發光（EL）信號，獲得EL成像。通過圖像算法和軟件對捕獲的PL/EL成像進行處理和分析，并識別出PL/EL缺陷，根據其特征進行分析、分類、歸納等。

• EL/PL成像，500萬像素，實現多種成像精度切換
• 光譜響應范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍光（可定制光源尺寸、波長等)
• 多種缺陷識別分析(麻點、發暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類

美能PL/EL一體機測試儀對鈍化層均勻性及金屬誘導缺陷進行高精度分析——其500萬像素雙模成像（PL/EL）、400–1200 nm寬光譜響應及智能缺陷識別（麻點/邊緣入侵等），為電池工藝優化提供核心數據支撐，加速產業化應用。

原文參考：Co-annealing of PECVD boron emitters and poly-Si passivating contacts for leaner TOPCon solar cell fabrication

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