/ n-TOPCon 背面塔基形貌影响 /

• 关键词：背抛光、粗糙度、接触电阻率、栅线高宽

关键结论

• 背面金字塔塔基腐蚀量与碱洗时间正相关，初始腐蚀速率较低，之后随时间增大，有个饱和最大腐蚀速率
• 碱洗时间越长，塔基越大，粗糙度越低，斜面Si(111)量越少
• 随着粗糙度的降低，iVoc增加，初始增加幅度较大，粗糙度降低到一定程度后，iVoc基本不变
• 粗糙度影响金半接触电阻率，原因为比表面大相对掺杂量高
• 粗糙度与栅线高宽比呈正相关，保持一定粗糙度可以提升栅线高宽比
• 综合粗糙度对iVoc、接触电阻率影响，对于效率有个最佳粗糙度，权衡Voc vs FF

实验方案

• 硅片：210x210 mm尺寸，厚度~160 μm，电阻率 0.5 Ω·cm，1 Ω·cm
• 常规碱制绒
• 碱抛光：3.4% KOH + 0.93%抛光剂（增加表面活性），~ 80℃
• 抛光时间：170s vs 230s vs 300s
• POLO结构：~ 2nm SiOx/ ~100 nm 磷掺杂poly-Si，PECVD方式
• 晶化退火：860℃，~20 ℃
• 正面SiNx ~85 nm，背面 ~ 100nm
• 丝印：12BB-128 finger正面/168 fingers背面

量仪

• WCT120
• SEM
• 3D显微镜 LSCM，LEXT OLS5100
• TLM

结果讨论

POLO结构：

• 钝化性能，饱和电流密度可降至 < 5fA/cm2（抛光片）
• 接触电阻率 < 10 mΩ·cm2 （抛光片）

绒面结构相比平面抛光结构，钝化性能略差的原因（以（100）晶向硅片 为例）：

• 金字塔形貌结构曝露过多Si（111）晶向晶面，SiOx/Si(111)的界面态密度比SiOx/Si(100)界面高10倍以上
• 绒面结构表面的钝化接触膜层均匀性及掺杂均匀性相比抛光面更差，尤其是隧穿氧化层的厚度影响在塔基、塔尖、塔谷的厚度差异

减薄量

• 170s，-- 1.6μm，平均腐蚀速率 0.9 nm/s，反射率RL（550 nm），塔基  ~ 5um
• 230s，-- 3.7μm，平均腐蚀速率 16.1 nm/s，反射率RL+0.52% ，塔基 ~ 12 um
• 300s，-- 3.9μm，平均腐蚀速率 16.3 nm/s，反射率RL+0.6%，塔基 ~ 19 um 表明：初始阶段，腐蚀速率较低，随时间的增加，腐蚀速率增大，后期腐蚀速率饱和稳定。初始腐蚀速率较低，可能是由于富硼层BRL的影响

Fig. 2. Micro-structural characteristic comparisons of the rear surface obtained at different etching times: a, b and c showed the rear surface micro-structures after 170 s, 230 s, and 300 s etching observed by the SEM, respectively; d was the thickness and reflectivity changes of rear surfaces caused by different etching times; e and f showed the comparisons of several roughness characteristic parameters quantized by the LSCM.

背面塔基对POLO结构影响

• P掺杂曲线 ，各组别基本一致
• 170s组别iVoc略低，原因可能是金字塔抛光程度差异 Si(111)含量稍高

背面栅线高度

• 栅线平均高度：170s：~5.9 μm；230s：~5.1 μm；300s：~4.7 μm
• 栅线平均宽度：170s：~44.5 μm；230s：~47 μm；300s：~46.4 μm
• 稍高的表面粗糙度，有利于提高栅线高宽比

Fig. 4. Comparison of the micro-structure and aspect ratio of metal fingers formed by a same screen-printing process on different roughness rear surfaces observed and quantized by a LSCM, the solid-colored lines perpendicular to the fingers indicated the direction of the height measurement, while the colored translucent areas were the extensions of solid lines along the fingers.

接触电阻率

• 170s组别接触电阻最低，与表面粗糙度略高，界面比表面积稍大相关

电性能

• 170s组别效率最高，表现为电流Isc、填充FF优势
• 填充优势来源于接触电阻率
• Isc优势，1100~1200nm长波段170s组别反射率略低，但不足以产生这么多电流差异，可能为测试波动

10000片大数据对比

• 170s组别相比300s组别效率 + 0.05%（abs）

Fig. 8. Comparison of TOPCon solar cells electrical properties fabricated in batches (＞10,000 pieces for etch batches) with 170 s (blue) and 300 s (red) rear etching time conditions. (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.)

• 文献参考：Influence of rear surface pyramid base micro-structure on industrial n-TOPCon solar cell performances,

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  DOI：https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.10.017