鈍化接觸，第三次進化？

　　PERC以及PERL結構的電池已經擁有相對完善的表面鈍化結構，不過將背面的接觸范圍限制在開孔區域，除了增加了工藝的復雜度外，開孔的過程采用不同的工藝還會對周圍的硅材料造成不同程度的損傷，這也額外的增加了金屬接觸區域的復合。由于開孔限制了載流子的傳輸路徑，使之偏離垂直于接觸面的最短路徑并擁堵在開口處，增大了填充因子的損失。有沒有一種辦法即能降低表面復合，又無需開孔呢。這就需要提到近幾年呼聲高漲的鈍化接觸（Passivated Contact）技術。

　　假設我們能找到這樣一種材料或結構，其滿足（1）擁有良好的表面鈍化效果；（2）分離準費米能級；（3）可以高效傳輸一種載流子。那么就可以把這一結構用于電池的表面，形成即滿足鈍化要求，又無需開孔即可傳輸電流的鈍化接觸。

　　德國弗勞恩霍夫太陽能研究所已經開發出一項名為TOPCon（Tunnel Oxide

　　Passivated Contact，隧穿氧化層鈍化接觸）的技術。研究人員首先在電池背面用化學方法制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結構，這兩層材料為硅片的背面提供了良好的表面鈍化，而由于氧化層很薄，硅薄層有摻雜，多子可以穿透這兩成鈍化層，而少子則被阻擋，如果在其上再沉積金屬，就可以得到無需開孔的鈍化接觸。這一技術的詳細信息我們將在下文中討論。

　　不過這樣的鈍化接觸只能用在電池背面嗎，如果用在正面會怎樣？

　　沒有擴散PN結的太陽能電池

　　其實這并非一個新鮮的問題，雖然鈍化接觸電池這一說法近兩年才出現，但其所描述的結構確實不折不扣的早已為科學家們所研究。這種通過外加材料和結構彎曲能帶，而非電池吸收層本身摻雜，來實現對載流子選擇性通過的表面接觸設計，我們稱為選擇性接觸（SelectiveContact）電池，而這一設計與我們傳統認識中的通過擴散得到PN結的電池有根本的不同。

　　雖然我們現在常見的電池有高溫擴散得到的PN結，而PN結的內建電場被認為是分離光生載流子并讓太陽能電池發電的動力。而其實太陽能電池并不一定必須要有明確的PN結。上世紀70年代，MartinGreen教授就提出了無需擴散 PN結的金屬-絕緣層-半導體（MIS）結構太陽能電池。1985年，EliYablonovitch教授就提出理想的太陽能電池應該是“采用兩個異質結來設計”，即將吸收材料置于兩個寬帶隙材料之間。而SunPower的創始人之一RichardSwanson博士也在10年前預測接近理論效率的晶硅太陽能電池應“在硅和金屬之間，放置一層寬帶隙材料構成異質結”。這些結構都指向選擇性接觸電池。

　　假設圖2中間是吸收材料，左右兩側分別是空穴電極和電子電極，而電極與吸收材料之間則是選擇性傳輸層，左側為空穴傳輸層，右側為電子傳輸層。由于選擇性接觸材料自身帶隙、逸出功和費米能級的影響，吸收材料能帶被迫彎曲，這使得只有與選擇性傳輸層對應的載流子才能流向并穿透界面，同時排斥另一種載流子，進而降低了表面載流子濃度，從而帶來了良好的表面鈍化效果。

　　圖2，選擇性接觸電池能帶圖

　　下面，我們用選擇性接觸的理論解釋一下松下異質結（HIT）電池的原理［5］。HIT電池吸收層采用n型單晶硅片，正面首先沉積很薄的本征非晶硅層，作為表面鈍化層，然后沉積硼摻雜的p+型非晶硅層，二者共同構成正面空穴傳輸層。沉積后，硅片靠近表面由于能帶彎曲，阻擋了電子向正面的移動，電子只能向后表面移動。相反的對空穴來說，雖然本征層對空穴有一個小的阻擋，但由于本征層很薄，空穴可以隧穿然后通過高摻雜的p+ 型非晶硅。在背面同樣沉積本征非晶硅薄層和摻磷的n+非晶硅層，同樣由于能帶彎曲，空穴無法輕易傳過背面，而電子可以傳過，所以二者構成了電子傳輸層。通過在電池正反兩面沉積選擇性傳輸層，使得光生載流子只能在吸收材料中產生富集然后從電池的一個表面流出，從而實現二者的分離。

　　圖3，HIT異質結電池能帶圖

　　松下異質結HIT電池是一種典型的選擇性接觸結構。另一種典型的選擇性接觸電池為Silevo公司的Triex隧道異質結電池［6］，與HIT電池結構相似但鈍化層采用氧化硅而非本征非晶硅。而與這兩種完全意義上的選擇性電池不同，上文中提到的背面鈍化接觸電池其實是一種只在背面實現了選擇性接觸的電池。背面鈍化接觸技術究竟性能如何，有沒有雙面采用鈍化接觸技術實現選擇性接觸電池的設計呢？下面讓我們看一下這個領域的最新進展。