纳米级超薄隧道氧化物多晶硅钝化接触技术：优化、分析与效率提升研究

这篇综述深入探讨了纳米级超薄隧道氧化物钝化接触（UT-TOPCon）技术在提升硅太阳能电池转换效率（PCE）中的关键作用。研究通过优化多晶硅（poly-Si）厚度（<3 nm）和驱动条件，实现了创纪录的低表面复合电流（0.8 fAcm?2平面/1.3 fAcm?2绒面）和低接触电阻率（2.5–5 mΩcm2），并验证了其在钙钛矿-硅叠层和单结硅电池设计中的高效潜力（效率达27.5%）。

　　

1 引言

随着光伏产业向高效率迈进，隧道氧化物钝化接触（TOPCon）技术迅速取代传统PERC结构，成为工业级太阳能电池生产的主流。TOPCon通过掺杂多晶硅（poly-Si）与隧穿SiO₂层的结合，显著降低金属-硅界面的复合损失，推动器件转换效率（PCE）突破26%。然而，后部poly-Si层的寄生吸收损失成为进一步优化的瓶颈——其吸收的光子无法贡献载流子生成，反而因自由载流子吸收（FCA）和能带失配导致能量损耗。

研究团队聚焦于2–6 nm超薄poly-Si层的极限性能，结合低温金属浆料、激光增强接触优化（LECO）等低损伤工艺，探索其在钙钛矿-硅叠层和单结电池中的应用潜力。

2.1 平面硅上的超薄TOPCon

通过调控poly-Si沉积时间（5–20分钟）和磷扩散驱动温度（775–850°C），研究发现厚度与驱动条件的协同优化至关重要。在800°C驱动条件下，8分钟沉积的2.9 nm poly-Si层实现了0.82 fAcm^?2的极低表面复合电流密度（J₀），接触电阻率（ρ_c）低至0.5–5 mΩcm²。透射电镜（TEM）显示，厚度低于2.6 nm时，poly-Si晶粒结构趋于非晶化，导致钝化性能骤降。

2.2 绒面结构的性能验证

在随机金字塔纹理硅片上，超薄TOPCon表现出与平面样品相当的钝化效果，最优J₀为1.3 fAcm^?2（对应2.7 nm厚度）。TEM证实poly-Si层在金字塔侧壁均匀覆盖，接触电阻维持在2.5–6 mΩcm²，验证了其在复杂表面的适用性。

2.3 钙钛矿-硅叠层器件的应用

光学模拟显示，将前后poly-Si层从80 nm减至5 nm，可使叠层器件的电流密度（J_GEN）提升0.7 mAcm^?2，寄生吸收损失降至可忽略水平（<0.05 mAcm^?2）。

2.4 单结硅电池的效率突破

数值模拟表明，5.7 nm rear-TOPCon设计可将PCE提升0.5%，而全区域前后钝化接触（F&R UT-TOPCon）结构效率达26.7%，媲美异质结（HJT）电池。值得注意的是，2.7 nm前poly-Si的光学损失（0.39 mAcm^?2）低于HJT的前TCO层，且在模块封装后进一步降至0.23 mAcm^?2。交叉指式背接触（IBC）设计更展现出27.5%的效率潜力，归因于无前栅线遮挡和近乎完美的前表面钝化。

3 结论

纳米级UT-TOPCon技术通过突破poly-Si厚度极限，为下一代高效硅电池提供了关键解决方案。其低损伤工艺兼容性、卓越的钝化与载流子传输性能，以及广泛的应用场景（从叠层到IBC结构），标志着光伏技术迈向27%效率时代的重要里程碑。未来研究需聚焦p型poly-Si的绒面钝化优化，以全面释放技术潜力。