晶體硅太陽能電池是光伏市場的主流技術(shù)，其效率提升高度依賴于表面鈍化技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)前，基于氧化硅（SiO?）的鈍化接觸技術(shù)因能同時提供優(yōu)異的化學(xué)鈍化和場效應(yīng)鈍化，成為研究熱點，有望推動電池效率超越現(xiàn)有PERC技術(shù)水平。然而，制備高質(zhì)量SiO?層的關(guān)鍵工藝：化學(xué)氣相沉積（CVD）存在多種技術(shù)路徑，主要包括常壓（APCVD）、低壓（LPCVD）和等離子體增強(qiáng)（PECVD）方法。這些方法在沉積機(jī)理、薄膜生長環(huán)境及能耗成本上差異顯著，導(dǎo)致所制備的SiO?薄膜在均勻性、致密度和缺陷態(tài)密度等關(guān)鍵指標(biāo)上表現(xiàn)不一，進(jìn)而直接影響TOPCon等高效電池的最終性能。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。

本研究旨在系統(tǒng)比較APCVD、LPCVD與PECVD三種方法所制備SiO?鈍化層的結(jié)構(gòu)、形貌與電學(xué)性能，闡明其影響電池性能的內(nèi)在機(jī)制，以明確各自的優(yōu)勢、局限及適用場景，為高性能晶體硅太陽能電池的工藝開發(fā)與量產(chǎn)應(yīng)用提供關(guān)鍵依據(jù)。

實驗方法概述

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實驗采用n型CZ硅片，經(jīng)織構(gòu)化與硼擴(kuò)散形成p?發(fā)射極。氧化硅鈍化層分別通過三種化學(xué)氣相沉積工藝在相應(yīng)氣壓、溫度與氣體流量條件下制備。

背面n?多晶硅層由低壓化學(xué)氣相沉積沉積并退火形成，正面采用原子層沉積生長Al?O?進(jìn)行鈍化，最后兩側(cè)沉積SiN?減反射與保護(hù)層。

電池柵線采用激光轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)制備。性能測試在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下進(jìn)行，薄膜形貌、少子壽命及氫含量分別通過掃描電子顯微鏡、瞬態(tài)壽命測試儀與傅里葉變換紅外光譜進(jìn)行表征。

氧化硅薄膜的生長特性與形貌分析

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(a) APCVD; (b) LPCVD; (c) PECVD 三種方法沉積SiO?的示意圖與表面形貌

氧化硅鈍化層厚度極?。s1–2?nm），其均勻性與致密度對電荷選擇性傳輸至關(guān)重要。

常壓化學(xué)氣相沉積在常壓環(huán)境下進(jìn)行，氣體分子平均自由程短，碰撞頻繁，導(dǎo)致反應(yīng)物輸運不均勻，薄膜易出現(xiàn)納米級針孔、顆粒團(tuán)聚及厚度起伏，界面缺陷密度較高（＞6×1012?cm?2?eV?1）。

低壓化學(xué)氣相沉積在低氣壓（101–102?Pa）下進(jìn)行，氣體分子平均自由程增大，有利于反應(yīng)物向襯底表面均勻擴(kuò)散，因此薄膜覆蓋性、致密性與均勻性顯著改善，界面缺陷密度降至2–3×1012?cm?2?eV?1。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積通過射頻能量將反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，增強(qiáng)前驅(qū)體反應(yīng)活性。盡管等離子體中帶電粒子的劇烈運動可能引起薄膜微觀均勻性略低于低壓化學(xué)氣相沉積，但其較高的化學(xué)反應(yīng)效率促使薄膜具有更低的界面缺陷密度（＜1.5×1012?cm?2?eV?1）。

鈍化性能與載流子傳輸機(jī)制

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TOPCon 電池結(jié)構(gòu)及其在 (a) APCVD; (b) LPCVD; (c) PECVD 制備的 SiO? 接觸中的電荷遷移示意圖

氧化硅層的質(zhì)量直接影響電池的鈍化效果與載流子分離效率。

常壓化學(xué)氣相沉積制備的氧化硅層粗糙多孔，對界面的鈍化不充分，電子與空穴均可穿越缺陷區(qū)域，導(dǎo)致載流子復(fù)合加劇，有效少子壽命僅為1.7?ms。

低壓化學(xué)氣相沉積形成的氧化硅層連續(xù)致密，能夠有效鈍化晶體硅表面。其較深的價帶邊可阻擋空穴向背面?zhèn)鬏敚瑥亩鴮崿F(xiàn)高效的電荷分離，少子壽命提升至2.3?ms。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積薄膜雖然均勻性略低，但由于等離子體活化過程中硅烷分解更充分，形成含氫氧化硅。適量氫的引入進(jìn)一步降低界面態(tài)密度，并獲得最高的少子壽命（2.5?ms）。氫的摻入也使薄膜電阻率從低壓化學(xué)氣相沉積層的5.5×10??Ω·cm降至2.9×10??Ω·cm。

電池性能對比

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不同CVD方法鈍化的 TOPCon 太陽能電池性能參數(shù)對比：(a) 開路電壓 (V?c); (b) 短路電流密度 (J?c); (c) 填充因子 (FF); (d) 功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)

PECVD-SiO? 鈍化 TOPCon 太陽能電池的電流密度-電壓 (J-V) 與功率密度-電壓 (P-V) 曲線

電池的開路電壓直接反映鈍化質(zhì)量。低壓化學(xué)氣相沉積與等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鈍化的電池開路電壓分別達(dá)到743.9?mV與743.8?mV，顯著高于常壓化學(xué)氣相沉積電池的735.9?mV。

得益于較低的電阻率，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積鈍化的電池獲得最高的短路電流密度（41.43?mA·cm?2），填充因子也較另外兩種方法有輕微提升。最終，其平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.78%，優(yōu)于低壓化學(xué)氣相沉積的25.6%與常壓化學(xué)氣相沉積的24.9%。經(jīng)認(rèn)證，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備的大面積n型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率為25.8%，與當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)先水平相當(dāng)。

本研究為不同化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氧化硅鈍化接觸中的應(yīng)用提供了明確的性能對比與機(jī)理分析，對高效晶體硅電池的工藝選擇具有指導(dǎo)意義。使用CVD制備SiO?鈍化接觸已成為晶體硅太陽能電池生產(chǎn)中的常用技術(shù)，但不同CVD方法所制備SiO?層的性能差異顯著。APCVD中氣體分子的不規(guī)則運動對成膜產(chǎn)生負(fù)面影響，常導(dǎo)致SiO?層疏松、多孔且粗糙，此類薄膜不適用于高性能TOPCon太陽能電池，其鈍化的電池轉(zhuǎn)換效率僅為24.9%。相比之下，LPCVD能制備均勻、光滑且致密的SiO?鈍化層，適用于大規(guī)模工業(yè)TOPCon電池制造，相應(yīng)電池的平均轉(zhuǎn)換效率為25.6%。PECVD則通過高頻電磁能量將氣體分子激發(fā)為等離子體狀態(tài)，形成高氫含量的SiO?層，從而使TOPCon太陽能電池的平均PCE達(dá)到25.8%。

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(zhǔn)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(dá)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：Silicon Oxide Passivated Contacts Manufactured by Chemical Vapor Deposition Processes for Crystalline Silicon Solar Cells