晶硅太陽電池主導光伏產業，其中隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）技術已占據超70%的市場份額。盡管實驗室與工業級效率持續突破26%，但受限于正面鈍化不足、背面金屬接觸退化及柵線設計欠優，其效率仍顯著低于29.4%的俄歇極限。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監測各個工藝段中的異常，了解單節疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

本文提出一種雙面協同電性優化方案：正面采用高方阻硼發射極（430 Ω/sq）以增強鈍化、降低俄歇復合，并結合窄間距細柵設計（825 μm/10 μm）補償載流子輸運損失；背面創新引入雙層隧穿氧化硅/多晶硅結構，外層阻擋銀擴散，內層維持界面鈍化，同時局部減薄多晶硅以降低寄生吸收。該策略在M10尺寸硅片上實現了26.66%的認證效率，開路電壓達744.6 mV，填充因子85.57%，雙面率提升至88.3%，顯著縮小了工業TOPCon電池與理論極限的差距。

電池性能與認證

Millennial Solar

TOPCon電池進展與認證

此前TOPCon電池的開路電壓和填充因子分別被限制在~740 mV和~84%左右，主要受限于正面非接觸區鈍化不足、背面金屬化導致的鈍化退化以及柵線設計欠優化。本文報道的TOPCon電池在M10尺寸硅片（有效面積313.3 cm2）上實現了26.66%的認證效率，短路電流為13.109 mA，開路電壓達744.6 mV，填充因子為85.57%。與俄歇極限相比，該電池的相對電學性能達到93.8%，不僅遠超此前TOPCon電池的91.6%，也逼近了最先進的硅異質結電池水平。

高方阻發射極設計

Millennial Solar

高阻硼發射極設計與性能分析

傳統硼發射極的方阻通常控制在100-300 Ω/sq之間，以平衡載流子輸運、界面鈍化和接觸性能。但激光增強接觸優化（LECO）工藝的出現顯著改善了銀硅接觸，使得向高方阻發射極的轉變成為可能。高方阻發射極不僅能降低硼擴溫度和時間、減少熱預算，還能增強鈍化性能，有助于提高開路電壓。

本研究中，高方阻發射極（430 Ω/sq）相比傳統低方阻發射極（215 Ω/sq）具有更低的活性硼濃度和擴散深度，這不僅改善了界面鈍化，還減少了與硅襯底的俄歇復合。鈍化測量顯示，高方阻發射極樣品的有效少子壽命從0.70 ms提升至1.12 ms，復合電流密度從~9 fA/cm2降至~5 fA/cm2，光致發光和電致發光結果也證實了鈍化質量的改善。然而，高方阻發射極對銀電極的接觸電阻產生了負面影響，這需要通過后續的柵線優化來補償。

正面柵線優化

Millennial Solar

雙層多晶硅微觀結構表征

為補償高方阻發射極帶來的載流子輸運損失，必須優化正面柵線設計。本研究中，高方阻發射極的最佳柵線間距約為825 μm，明顯窄于低方阻發射極的1120 μm。同時，柵線寬度從~20 μm減小到~10 μm，既減少了光學遮擋，也降低了銀漿消耗。

仿真結果表明，較小的柵線間距能在更寬的方阻和復合電流密度范圍內實現高效率，對參數波動的容忍度更高。柵線優化對高方阻器件尤為關鍵，因為高方阻器件需要更小的柵線間距來彌補橫向載流子輸運的限制，從而提升填充因子。載流子輸運路徑分析顯示，高方阻器件中空穴被限制在發射極內橫向輸運，而低方阻器件中空穴先垂直穿過硅襯底再橫向輸運。因此，減小編織間距對高方阻器件更為必要。

背面雙層多晶硅設計

Millennial Solar

雙層多晶硅設計及性能分析

背面雙層多晶硅結構是本研究的另一核心創新。透射電鏡和能譜分析顯示，在單層多晶硅樣品中，銀原子完全穿透多晶硅層滲入硅襯底；而在雙層多晶硅樣品中，外層多晶硅阻擋了大部分銀的滲透，內層氧化硅層則進一步阻止銀向襯底侵入。銀在穿透外層后遇內層氧化硅轉而橫向擴展，形成碗狀結構，但未突破內層氧化硅。

選區電子衍射分析表明，雙層多晶硅樣品僅顯示硅的衍射環，而單層樣品中同時存在銀的衍射環，證實了雙層結構阻擋銀擴散的有效性。高分辨透射電鏡進一步顯示，雙層結構中的內層多晶硅具有更高的結晶度，降低了晶界密度，有效阻止銀滲透；而外層多晶硅的非晶結構提供了可控的銀擴散通道，有利于形成歐姆接觸。

鈍化性能方面，雙層多晶硅結構的有效少子壽命從3.54 ms提升至5.87 ms，載流子壽命從22.5 μs提升至25.6 μs。二次離子質譜分析表明，雙層多晶硅樣品在硅襯底中的氧和磷濃度顯著降低，意味著缺陷減少。相應地，隱含開路電壓從752 mV提升至757 mV。

雙面率優化

Millennial Solar

背面多晶硅的局部減薄是本研究的另一重要舉措。在非金屬化區域選擇性刻蝕外層多晶硅后，電池在背面光照下的量子效率顯著提升。實驗顯示，將多晶硅厚度從100 nm減至40 nm，背面光照下的短路電流密度增加2.88 mA/cm2。光學仿真表明，多晶硅每減薄10 nm，寄生吸收損失降低約0.40 mA/cm2，硅襯底有效吸收增加約0.32 mA/cm2。最終，電池的雙面率從~83.4%提升至~88.3%，對實際雙面發電量具有積極意義。

本研究通過雙面協同策略顯著提升了工業級TOPCon電池的性能，實現了26.66%的認證效率。正面高方阻硼發射極改善了鈍化質量，優化的柵線設計減少了輸運損失；背面雙層多晶硅結構有效阻擋了銀擴散，保護了界面鈍化，實現了757 mV的隱含開路電壓。這些改進共同促成了744.6 mV的開路電壓和85.57%的填充因子。背面多晶硅局部減薄將雙面率提升至88.3%，降低了寄生吸收，提高了背面光照下的發電量。本研究為縮小工業TOPCon電池與理論極限之間的效率差距提供了有效的技術路徑。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

Millennial Solar

大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Dual-side electrical refinement enables efficient industrial tunnel oxide passivating contact silicon solar cells

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。