雙面TOPCon電池（DS-TOPCon）雖具有高開路電壓（>728 mV），但前表面全區(qū)域多晶硅poly-Si層導致嚴重光寄生吸收——200nm厚度即可損失>1 mA/cm2電流。傳統(tǒng)方案減薄poly-Si會惡化金屬化接觸，而選區(qū)結構（poly-Si僅存于金屬柵線下）可兼顧光學與電學性能。本文解析了一種利用納秒紫外激光氧化技術制備TOPCon太陽能電池前表面選區(qū)poly-finger接觸的創(chuàng)新工藝。在優(yōu)化工藝過程中，我們采用了美能3D共聚焦顯微鏡對表面形貌進行高精度3D成像及缺陷分析，以支持選區(qū)結構的開發(fā)。

研究方法

Millennial Solar

樣品制備

背結選擇性區(qū)域雙面TOPCon太陽能電池示意圖

• 對稱結構：n-poly-Si/SiO?/n-Si/SiO?/n-poly-Si，基材為3 Ω·cm n型CZ硅片（雙面絨面）。
• 隧道氧化層：HNO?溶液（100°C）制備15 ? SiO?。
• 多晶硅沉積：LPCVD生長200 nm n型poly-Si（588°C）。

激光圖案化工藝

激光氧化掩膜與多晶硅刻蝕流程示意圖

本研究提出三階創(chuàng)新流程：

• 激光氧化：355nm納秒激光（≥3W，400mm/s）在TOPCon表面生長1–4nm化學計量SiO?；
• 選擇性蝕刻：KOH溶液（9%/40°C）移除無掩膜區(qū)200nmpoly-Si，形成100μm寬poly-Si-fingers；
• 鈍化修復：PECVD沉積70nm SiN?，補償激光損傷并兼容絲網印刷金屬化。

結果與討論

Millennial Solar

光學建模

全面積與選擇性TOPCon的光生電流損失模擬

多晶硅厚度對電流損失的影響：

• 全區(qū)域TOPCon：厚度>20 nm時J?c損失>1 mA·cm?2。
• 選擇性TOPCon（100 μm寬指狀區(qū)）：200 nm厚時J?c損失僅0.2 mA·cm?2，對厚度變化不敏感（500 nm時損失0.3 mA·cm?2）。

激光氧化機制

(a) 不同激光功率下的O2?峰和(b) Si??峰的XPS圖譜

氧化層特性：XPS證實，激光功率≥3W時生成O2?富集（532eV）、Si??峰偏移（103.5nm）的致密SiO?，符合Deal-Grove熱氧化模型；

KOH蝕刻前后多晶硅薄膜的方塊電阻測量結果

蝕刻選擇性：3W激光后，poly-Si方塊電阻保持~30Ω/□，表明SiO?掩膜抵抗90秒KOH蝕刻；低于3W則掩膜失效。損傷修復與鈍化恢復

激光共聚焦顯微鏡圖像（俯視圖與等距視圖）

激光損傷：功率>3W導致金字塔織構圓化，J?飆升≤2300 fA/cm2；氫鈍化修復：70nm PECVD SiN?沉積后，3W激光下的J?降至43.2 fA/cm2（其中激光面貢獻36.8 fA/cm2），選區(qū)poly-fingers區(qū)復合僅1.65 fA/cm2（覆蓋率4.48%）。
電池模擬（Quokka 2）

模擬的選擇性前表面雙面TOPCon太陽能電池的電流-電壓特性曲線

模擬的太陽能電池效率隨(a)多晶硅指厚度、(b)指寬度、(c)金屬接觸J0、(d)接觸電阻率的變化

基準效率：24.84%（J?,metal=300 fA·cm?2，接觸電阻2 mΩ·cm2）。關鍵參數敏感性分析：

• 多晶硅厚度（200→500 nm）：效率降低0.05%。
• 指狀寬度（100→200 μm）：效率降低0.2%（V?c↓2.1 mV, J?c↓0.4 mA·cm?2。
• 金屬接觸J?（300→50 fA·cm?2）：效率提升至25%。
• 接觸電阻（每增加2 mΩ·cm2）：FF↓0.5%，效率↓0.2%。

通過Quokka2電池仿真驗證產業(yè)化路徑：工藝兼容性：

• 全程兼容絲網印刷產線（含760℃燒結）
• 省去傳統(tǒng)光刻/TMAH刻蝕5道工序，降本幅度≥18%

效率邊界：

當J0,metal≤50 fA/cm2時，效率可達25.0%（初始值24.84%）本文解析了一種利用納秒紫外激光氧化技術制備TOPCon 太陽能電池前表面選區(qū)多晶硅（ poly-Si ）接觸的創(chuàng)新工藝。該工藝通過激光誘導生長SiO?掩膜，結合KOH選擇性蝕刻，實現僅保留金屬柵線下方的poly-Si 接觸條，有效解決了傳統(tǒng)雙面TOPCon電池中前表面全區(qū)域poly-Si層的光寄生吸收問題。實驗表明，該方案在保持優(yōu)異鈍化性能的同時，顯著提升光學透過率，為25%+高效電池提供新路徑。

美能3D共聚焦顯微鏡

Millennial Solar

美能3D共聚焦顯微鏡ME-PT3000專用于光伏行業(yè)對光伏基板表面的柵線及絨面進行質量檢測的光學儀器。對光伏基板上的柵線的深度與寬度、絨面上的金字塔數量進行定量檢測，以反饋光伏基板的工藝質量。

• 精確可靠的3D測量，實現實時共聚焦顯微圖像

• 超高共聚焦鏡頭，Z軸顯示分辨率可達1nm

• 高精度、高重復性

全自動光柵絨面測量，快速生成數據

美能3D共聚焦顯微鏡在整個工藝中用于表面柵線和絨面的亞微米級檢測，確保了光學性能的可控優(yōu)化。

原文參考：Novel Process for Screen-Printed Selective Area Front Polysilicon Contacts for TOPCon Cells Using Laser Oxidation

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