晶體硅（c-Si）光伏技術(shù)目前占據(jù)全球約98%的市場份額。在眾多電池結(jié)構(gòu)中，叉指式背接觸（IBC）電池由于正面無金屬遮擋、光學(xué)損失低，被認為是效率潛力最高的結(jié)構(gòu)之一。當前，基于異質(zhì)結(jié)、POLO及先進鈍化接觸技術(shù)的IBC電池效率已突破26%，甚至達到27%以上。美能QE量子效率測試儀可用于精確測量太陽電池的EQE與光譜響應(yīng)，幫助優(yōu)化界面工程和背接觸設(shè)計，從而提升電池的量子效率和整體性能。

盡管效率優(yōu)勢顯著，IBC電池在產(chǎn)業(yè)化方面仍面臨挑戰(zhàn)，尤其是背面復(fù)雜圖形化工藝帶來的高成本與高工藝門檻?，F(xiàn)有主流方案通常依賴激光刻蝕、光刻或離子注入等高精度工藝，不僅增加設(shè)備投入，也提高了工藝復(fù)雜度。

本文提出一種完全基于絲網(wǎng)印刷、無需光刻與激光的IBC制造工藝。該方法利用現(xiàn)有n型電池產(chǎn)線常規(guī)設(shè)備，實現(xiàn)選擇性摻雜與圖形構(gòu)建，為IBC技術(shù)提供了一條兼具低成本與可擴展性的實現(xiàn)路徑。

工藝設(shè)計與實驗方法

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全絲網(wǎng)印刷IBC電池的工藝流程示意圖：左為FFE結(jié)構(gòu)，右為FSF結(jié)構(gòu)

本研究采用電阻率1–3 Ω·cm的n型Cz硅片（M2尺寸）作為基底，經(jīng)過堿制絨和清洗后，在其表面通過PECVD沉積SiNx薄膜作為擴散阻擋層。

為評估其性能，分別制備了富硅與富氮兩類SiNx薄膜，并設(shè)置80、100和120 nm三種厚度。橢偏測試結(jié)果表明，膜厚控制精度在±5 nm以內(nèi)，富氮膜折射率約為1.87–1.93，富硅膜為2.05–2.10。

蝕刻阻擋漿料在絲網(wǎng)印刷過程及干燥后的形貌

在圖形化過程中，首先通過絲網(wǎng)印刷在SiNx表面形成耐酸蝕刻掩膜（etch resist），隨后在稀HF溶液中進行濕法刻蝕，使未被保護區(qū)域的SiNx去除，從而形成擴散窗口。該方法無需光刻即可實現(xiàn)高選擇性的圖形定義。

發(fā)射極與BSF區(qū)域絲網(wǎng)模板設(shè)計及叉指結(jié)構(gòu)示意（不同顏色對應(yīng)不同pitch）

根據(jù)不同摻雜需求，采用不同圖形模板分別定義發(fā)射極與背表面場（BSF）區(qū)域。同時，在設(shè)計中預(yù)留未刻蝕的SiNx間隔區(qū)，作為p?與n?區(qū)域之間的隔離帶，有效抑制摻雜串擾。

擴散步驟采用工業(yè)常規(guī)BCl?與POCl?擴散爐，實現(xiàn)硼與磷的選擇性摻雜。隨后通過原子層沉積（ALD）制備Al?O?層，并疊加PECVD SiNx形成復(fù)合鈍化結(jié)構(gòu)。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，分別制備了前表面場（FSF）與前漂浮發(fā)射極（FFE）兩種IBC結(jié)構(gòu)。其中，FFE結(jié)構(gòu)具有更高的工藝容忍度及更優(yōu)的載流子收集能力。

SiNx擴散阻擋層的圖形化性能

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不同膜厚條件下富硅與富氮SiNx圖形化效果對比

對比結(jié)果表明，富氮SiNx在HF溶液中更易刻蝕，能夠形成清晰且完整的圖形開口；而富硅SiNx刻蝕困難，容易導(dǎo)致圖形殘留，影響后續(xù)擴散。

當厚度為100 nm及120 nm時，富氮SiNx均表現(xiàn)出良好的圖形質(zhì)量。其中120 nm薄膜在高溫擴散過程中具備更優(yōu)的阻擋能力，未出現(xiàn)明顯的摻雜串擾，適用于IBC結(jié)構(gòu)的擴散控制。

選擇性擴散與表面鈍化

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發(fā)射極、BSF及FFE/FSF區(qū)域的典型擴散摻雜剖面

利用圖形化SiNx作為擴散阻擋層，成功實現(xiàn)了硼與磷的選擇性擴散。ECV測試表明摻雜輪廓清晰且界面陡峭，滿足IBC結(jié)構(gòu)需求。

半成品IBC電池的iVoc及不同pitch結(jié)構(gòu)示意

在鈍化方面，Al?O?/SiNx疊層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)優(yōu)于單層SiNx，燒結(jié)后隱含開路電壓（iVoc）可達約650–660 mV。

然而，器件的復(fù)合電流密度J?仍處于較高水平（約90–150 fA/cm2），主要原因包括高表面摻雜濃度引發(fā)的Auger復(fù)合、界面鈍化不足以及燒結(jié)過程中的氫逸出效應(yīng)。這些因素共同限制了Voc的進一步提升。

金屬化與接觸特性

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BSF與發(fā)射極區(qū)域的接觸電阻率隨燒結(jié)溫度變化關(guān)系

電池背面金屬化采用工業(yè)常規(guī)的穿透燒結(jié)銀漿（Ag）與銀鋁漿（AgAl），并通過傳送帶燒結(jié)爐實現(xiàn)接觸形成。

TLM測試結(jié)果顯示，當峰值溫度超過855℃時，p?與n?區(qū)域的接觸電阻率均可低于10 mΩ·cm2。同時，較低的傳送帶速度有助于改善接觸質(zhì)量，說明充分的熱預(yù)算對接觸形成至關(guān)重要。

整個工藝過程中未出現(xiàn)明顯的對位偏差或短路現(xiàn)象，表明絲網(wǎng)印刷在圖形定義中的穩(wěn)定性良好。

電池性能與損失機制

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IBC電池正反面實物圖

所制備IBC電池在3 cm2有效面積上實現(xiàn)：

FFE結(jié)構(gòu)效率：19.3%

FSF結(jié)構(gòu)效率：19.1%

性能分析表明，電池效率主要受以下因素限制：

開路電壓偏低（復(fù)合損失較大）

填充因子不足（串聯(lián)與并聯(lián)電阻影響）

EQE測試進一步顯示，BSF區(qū)域的載流子收集效率明顯低于發(fā)射極區(qū)域，是限制器件性能的關(guān)鍵因素。此外，較大pitch雖有利于發(fā)射極區(qū)域收集，但會加劇BSF區(qū)域損失。因此，未來優(yōu)化應(yīng)重點關(guān)注BSF區(qū)域摻雜與鈍化、pitch設(shè)計以及復(fù)合損失降低。

工藝優(yōu)勢與產(chǎn)業(yè)化潛力

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該工藝完全基于現(xiàn)有n型電池產(chǎn)線設(shè)備，包括PECVD、絲網(wǎng)印刷、濕法刻蝕、擴散與燒結(jié)等，無需引入光刻或激光設(shè)備，顯著降低了設(shè)備投資與工藝復(fù)雜度。

其核心優(yōu)勢包括：

工藝流程簡單，兼容性強

圖形定義靈活，可通過更換絲網(wǎng)快速迭代

避免摻雜漿料與腐蝕漿料帶來的污染問題

具備良好的工藝窗口與量產(chǎn)潛力

此外，該方法還可擴展至POLO-IBC與TOPCon-IBC等高效結(jié)構(gòu)，通過對鈍化接觸層進行選擇性圖形化，有望進一步提升電池性能。

本文提出了一種全絲網(wǎng)印刷、無光刻與激光的IBC電池制造工藝，實現(xiàn)了選擇性摻雜、有效鈍化及低接觸電阻金屬化，并成功制備出效率達19.3 %的IBC電池。盡管當前效率仍低于最先進水平，但限制因素主要來自結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化不足，而非工藝本身。該方法在降低成本、簡化工藝及提升產(chǎn)業(yè)兼容性方面具有明顯優(yōu)勢，并具備向高效IBC結(jié)構(gòu)拓展的潛力。未來，通過進一步優(yōu)化摻雜分布、鈍化質(zhì)量及結(jié)構(gòu)設(shè)計，有望實現(xiàn)更高效率，推動IBC技術(shù)加速產(chǎn)業(yè)化。

美能QE量子效率測試儀

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美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應(yīng)，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優(yōu)勢。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)?/span>雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

原文參考：A fully screen-printed, lithography-free manufacturing route for interdigitated back contact silicon solar cells

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