隧穿氧化硅鈍化接觸(TOPCon)太陽電池作為新一代高效晶體硅電池的主流技術(shù)，其實驗室效率已超過26.5%，截至2024年，TOPCon太陽電池的裝機(jī)容量超過1000 GW，預(yù)計未來幾年將繼續(xù)擴(kuò)張。在光伏技術(shù)迭代的關(guān)鍵窗口期，基于TOPCon的背結(jié)(TBJ)及全背接觸(TBC)電池因其大于27.5%的理論極限效率備受關(guān)注。然而，p型TOPCon結(jié)構(gòu)受限于硼擴(kuò)散誘導(dǎo)的界面缺陷和鈍化性能不足，其隱含開路電壓(iVoc)長期停滯在730 mV水平，嚴(yán)重制約了新一代高效電池結(jié)構(gòu)發(fā)展，這一瓶頸的突破被視為行業(yè)技術(shù)升級的關(guān)鍵路徑。
針對這一瓶頸，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，基于前期在TOPCon電池領(lǐng)域的積累，創(chuàng)新性地提出基于兩步氧化法(TSO)的氧化硅制備方法，成功制備出高性能硼摻雜多晶硅鈍化接觸，為高鈍化p型TOPCon的制備和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了新路徑。
該團(tuán)隊通過低溫?zé)嵫趸Y(jié)合N2O/H2等離子體處理的創(chuàng)新工藝，在硅基底預(yù)生長超薄SiOx保護(hù)層，有效抑制了等離子體離子轟擊導(dǎo)致的界面缺陷，同時通過氧化-刻蝕協(xié)同作用優(yōu)化SiOx化學(xué)鍵合，顯著提升了鈍化性能。實驗表明，雙面對稱p型TOPCon結(jié)構(gòu)的隱含開路電壓(iVoc)達(dá)740 mV，單面復(fù)合電流密度(J0,s)低至4.0 fA/cm2，為目前公開報道的最高值；其接觸電阻率(ρc)為22 mΩ?cm2，選擇性因子達(dá)14.5，兼具優(yōu)異的載流子傳輸能力。技術(shù)原理分析顯示，兩步氧化法通過抑制硼過度擴(kuò)散、降低界面態(tài)密度，并利用氫原子富集效應(yīng)鈍化懸掛鍵，能顯著減少復(fù)合損失。在半成品背結(jié)電池驗證中，該技術(shù)制備的電池iVoc達(dá)744 mV、總復(fù)合電流密度為6.8 fA/cm2，為高效器件開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
另一方面，該技術(shù)的低溫?zé)嵫趸に?400℃)與現(xiàn)有石墨舟產(chǎn)線高度兼容，同時通過等離子體處理能同步提升SiOx氧化質(zhì)量與氫鈍化能力，為TOPCon技術(shù)降本增效提供了新路徑。其應(yīng)用不僅可推動p型TOPCon在TBJ及TBC電池中的突破，還可拓展至鈣鈦礦/硅疊層電池的底電池設(shè)計，助力開路電壓提升。
相關(guān)成果以“Boron-Doped Polysilicon Passivating Contacts Achieving a Single-Sided J0 of 4.0 fA/cm2 Through a Two-Step Oxidation Process”為題發(fā)表于光伏領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊Progress in Photovoltaics: Research and Applications
寧波材料所2021級課題生歐亞梨為第一作者，楊陣海副教授、曾俞衡研究員、葉繼春研究員為通訊作者。這項工作得到了國家自然科學(xué)基金(61974178、61874177)、寧波市“創(chuàng)新2025”重大專項(2022Z114、2020Z098)、遼寧省2021年度科技項目(2021JHI/10400104)、寧波國際科技合作計劃(2024H028)、浙江省重點研發(fā)計劃(2021C01006、2024C01055)等的支持。
圖1 基于兩步氧化法的p型TOPCon結(jié)構(gòu)制備流程圖
基于兩步氧化法的p型TOPCon結(jié)構(gòu)鈍化性能
