隧道氧化物钝化接触（TOPCon）硅太阳能电池正作为一种具有竞争力的光伏技术崭露头角，它完美融合了高效率、成本效益和大规模生产能力。然而，脆弱的二氧化硅/晶体硅（c-Si）界面产生的众多缺陷以及p型多晶硅（poly-Si）钝化接触中硼扩散不足导致的低场效应钝化，降低了其开路电压（VOC），阻碍了其在具有突破30%组件效率潜力的钙钛矿/硅叠层太阳能电池（TSCs）中的广泛应用。为解决这一问题，中科院宁波材料所叶继春&曾俞衡&浙江大学余学功研究团队通过优化氧化条件、硼扩散和氧化铝氢化，开发了一种高度钝化的p型TOPCon结构，从而将具有双侧p型TOPCon结构的对称样品的隐含开路电压（iVOC）显著提升至715 mV，并将完成的双侧TOPCon底电池的开路电压提升至710 mV。因此，当与钙钛矿顶电池结合时，1 cm²的n-i-p钙钛矿/硅叠层太阳能电池展现出超过1.9 V的开路电压和28.20%的高效率（认证效率为27.3%），这为TOPCon电池在未来叠层电池的商业化道路上铺平了道路。
图1a中的插图展示了钝化样品的结构。晶片经过织构处理，在两侧形成了亚微米级的随机金字塔结构，这些金字塔结构被p型多晶硅（poly-Si）薄膜覆盖，从而形成了p型TOPCon结构。首先，使用不同的工艺条件在晶片的两侧形成超薄的SiOx层，然后将晶片转移到等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备中，以沉积本征硅和掺杂硅。经过不同热预算下的高温退火后，使用增厚的AlOx:H对TOPCon结构进行氢化。采用这种特定的金字塔尺寸是为了满足钙钛矿顶电池的要求。
接下来，研究团队关注超薄二氧化硅（SiOx）中硅（Si）的化学状态，这一状态通过在直接在纹理化晶片上形成的二氧化硅上进行X射线光电子能谱（XPS）分析来检测。不同氧化条件下的去卷积硅谱如图3a–c所示，图中展示了氧化条件及相应的计算出的Si4+峰面积比例。显然，较高的氧化温度、较长的氧化时间或较高的氧比例会导致Si4+峰比例升高，例如，在1分钟、5分钟和9分钟的氧化过程中，Si4+峰比例分别为22.7%、32.1%和35.4%，这意味着SiOx中Si4+的浓度增加。此外，更强的氧化作用会使Si4+峰向更高的结合能（BE）移动，如图中箭头所示。这表明经过强烈氧化后，SiOx层更加坚固。尽管由于硅向二氧化硅转变产生的应力，所有二氧化硅中间层在高温退火后都会发生畸变并形成缺陷，但仍可以推断出，由强烈氧化生成的二氧化硅具有更优的均匀性、更高的Si4+含量和更高的结合能。因此，这增强了其对应力的抵抗力，从而降低了畸变的可能性并减少了二氧化硅层内的缺陷。这导致在二氧化硅/晶体硅（SiOx/c-Si）界面附近形成的载流子复合中心减少，进而提高了钝化效果。
双面TOPCon底电池
