背結背接觸（BJ BC）電池通過將發(fā)射極和金屬接觸集成于背面，顯著提升了載流子收集效率。本研究采用非真空中斷法制備SiNx/SiON雙層結構，結合Quokka模擬，系統(tǒng)優(yōu)化了BC電池減反射與鈍化性能，在簡化工藝的同時整合富硅SiNx的鈍化優(yōu)勢與SiON的減反射特性。美能絨面反射儀用實驗數據可以證明 SiNx/SiON 疊層在真實絨面結構上的減反射優(yōu)勢，為光學模擬結果提供最關鍵的現(xiàn)場驗證。

SiNx/SiON疊層制備

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鈍化性能測試采用商用n型直拉硅片（Cz-Si）(厚度200 μm，電阻率0.3 – 2 Ω · cm )；光學與電學表征使用n型單面拋光硅片(電阻率1 – 10 Ω · cm)。樣品經 NaOH / NaOCl 去除切割損傷、RCA1 溶液去除有機雜質后，用稀釋 HF 去除表面自然氧化層 SiO?。

SiNx/SiON疊層中底層富硅SiNx層、頂層SiON層以及單層SiNx的（a）折射率與（b）消光系數

通過PECVD非真空中斷法連續(xù)沉積雙層薄膜，避免真空暴露導致的污染，提升工藝穩(wěn)定性并降低成本。

富硅SiN?層：

氣體比例：SiH?Ar = 1.2512.5（1001000 sccm）；襯底溫度400°C，射頻功率300 W（13.56 MHz），腔壓1 Torr，目標折射率n≈2.41。

SiON層：

氣體比例：SiH?N?O:Ar = 12.66:12.5（100266:1250 sccm）；襯底溫度300°C，其余參數與SiN?層一致，目標折射率n≈1.52。

SiNx/SiON疊層的光學性能

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基于Essential Macleod模擬的，(a)反射率與(b)吸收率曲線：對比不同富硅SiNx厚度的SiNx/SiON疊層及單層SiNx在晶體硅（c-Si）上的性能

SiN?（高折射率）與SiON（低折射率）的組合實現(xiàn)了寬光譜減反射。模擬顯示，當富硅 SiN?厚度從 10 nm 增至 40 nm 時，300-1100 nm 平均反射率從 20.23% 降至 3.45%，但厚度超過 40 nm 后反射率回升。

實驗測得的，(a)透射率與吸收率及(b)反射率曲線：對比不同富硅SiNx厚度的SiNx/SiON疊層及單層SiNx在玻璃和隨機絨面晶體硅（c-Si）上的性能

實驗驗證，30 nm SiN?/70 nm SiON 堆疊層的平均反射率低至 3.95%，顯著低于單層 SiN?（6.81%），且在 300-500 nm 短波長范圍內反射率降低更明顯（3.94% vs 13.39%）。同時，該厚度下堆疊層吸收率達 6.89%，高于單層 SiN?（4.03%），利于光生載流子產生。

SiNx/SiON疊層的鈍化性能

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為優(yōu)化表面鈍化質量，研究在n型直拉單晶硅（Cz n型 c-Si）雙面沉積不同厚度的富硅SiNx層（折射率n=2.41）并覆蓋70 nm SiON層（n=1.52）。通過有效載流子壽命（τeff）評估鈍化性能，所有樣品的最大τeff均出現(xiàn)在少數載流子密度Δn≈2.86×101? cm?3處。

載流子有效壽命隨過剩載流子濃度（Δn）的變化關系：對比沉積態(tài)SiNx、SiON封蓋的SiNx（不同厚度）及單層SiNx（n=2.05, 厚度=78 nm）在未擴散n型晶體硅（c-Si）樣品上的鈍化性能

τeff隨富硅SiNx厚度從10 nm增至30 nm持續(xù)提升。該現(xiàn)象與SiNx中氫含量的作用機制密切相關：氫通過形成Si-H鍵終止界面懸掛鍵，而Si-H鍵密度隨SiNx厚度增加（10→30 nm）同步升高。電學表征進一步驗證，30 nm厚SiNx層對應最高固定電荷密度（Qf）和最低界面態(tài)密度（Dit）。

表面復合速率（Seff）與飽和電流密度（J0）隨SiNx厚度（n=2.41）的變化關系：對比SiNx膜、SiNx/SiON疊層及單層SiNx（n=2.05）在直拉法（Cz）n型晶體硅片上的鈍化性能

對比不同厚度SiNx/SiON疊層與單層SiNx的鈍化效果。結果表明：

表面復合速度（Seff）和飽和電流密度（J?）均隨SiNx厚度增加（10→30 nm）而降低，并在30 nm時達到最小值；

所有SiNx/SiON疊層的Seff與J?均顯著低于單層SiNx（n=2.05, d=78 nm），具體表現(xiàn)為：

疊層樣品：Seff=4.9 cm/s, J?=9 fA/cm2

單層樣品：Seff=62.6 cm/s, J?=58 fA/cm2

性能提升歸因于更厚的富硅SiNx層促進氫原子向c-Si界面擴散，從而增強鈍化效果并降低載流子復合。τeff的提升直接導致Seff與J?下降。SiNx（含SiNx/SiON疊層）最大厚度被限定為30 nm。

BJBC電池性能優(yōu)化

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Quokka模擬中的BC BJ電池單元結構模型

BC BJ太陽電池的外量子效率（EQE）：對比不同富硅SiNx厚度的SiNx/SiON疊層與單層SiNx（n=2.05, 厚度=78 nm）在300-1100 nm波長范圍內的性能

通過Quokka模擬外量子效率（EQE）分析表明：

在300–500 nm短波段，SiNx/SiON疊層電池（含10/20/30 nm SiNx）EQE顯著提升，這直接關聯(lián)于富硅SiNx厚度增加導致的光吸收增強；

在500–1000 nm波段，疊層電池呈現(xiàn)高EQE平臺，性能排序為30 nm > 20 nm > 10 nm，這歸因于：該波段反射率變化較小（絨面反射率：10 nm為3.38%，20 nm為2.82%，30 nm為2.46%）；30 nm SiNx疊層鈍化效果最優(yōu)；

正面鈍化質量對電荷收集至關重要，因BCBJ電池的載流子主要在近正面產生而于背面收集。

BC BJ電池的歸一化性能參數（Voc, Jsc, FF, Eff）：對比不同富硅SiNx厚度的SiNx/SiON疊層與單層SiNx涂層的器件表現(xiàn)

電池性能對比證實：

正面采用SiNx/SiON疊層的電池效率均高于單層SiNx（n=2.05, d=78 nm）；

30 nm SiNx疊層電池獲得最高Jsc和Voc；

性能優(yōu)勢源于疊層的高透射率、低反射率及優(yōu)異鈍化效果，共同提升電池的Jsc、Voc及最終轉換效率。

結果表明：富硅SiNx（折射率2.41）與SiON（折射率1.52）的協(xié)同作用使疊層在300-1100 nm波段平均反射率降至3.95%，表面復合速度（Seff）低至5 cm/s。相較于單層SiNx，疊層使BC BJ電池的短路電流密度Jsc提升3.4 mA/cm2，開路電壓Voc增加26 mV，最終實現(xiàn)14.59%的效率增益。該工藝為BC電池低成本產業(yè)化提供了新路徑。

美能絨面反射儀

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美能絨面反射儀RTIS通過漫反射激發(fā)電池片，然后通過8度角采用光譜儀檢測。RTIS具有定位的機臺和導軌，能夠方便而快速地送入樣品，實現(xiàn)電池片樣品的定位，提高使用人員的工作效率。

• 光譜測試范圍可達：350-1050nm
• 快速、自動任意多點測量
• 每點測試速度約0.1s，檢測時間僅為傳統(tǒng)反射率的1/10
• 精準測量反射率、膜厚等多項重要參數

美能絨面反射儀通過 8°角漫反射激發(fā)+多點矩陣掃描，實現(xiàn)BC電池工業(yè)級絨面硅片上SiNx / SiON 疊層反射率的原位統(tǒng)計測量，其快速無損檢測特性更推動該成果從實驗室向產線轉化。

原文參考：Optimizing anti-reflection and surface passivation for n-type back-contact back-junction silicon solar cells using SiNx/SiON stack layers: Insights from quokka simulation

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