1. 研究背景
本文主要关注一种高效的p型多晶硅氧化物（poly-SiOx）钝化接触技术，尤其是在通过引入薄的本征氢化无定形硅（a-Si:H）缓冲层优化钝化接触的界面特性方面。多晶硅（poly-Si）载流子选择性钝化接触（CSPCs）因其具有较高的光电转化效率和成本效益而成为高效晶体硅太阳能电池（c-Si）中的一种有前景的技术。然而，p型poly-SiOx接触面临较大的挑战，尤其是在硼扩散和氧含量增加导致的结晶度降低等问题上。本文提出通过在多晶硅氧化物层（SiOx）和p型多晶硅氧化物（poly-SiOx）层之间引入本征氢化无定形硅缓冲层来优化这一问题，从而实现更好的界面钝化性能和电池效率。
2. 研究思路
本文的研究思路主要基于对比不同氧含量（RCO₂）的氢化无定形硅缓冲层的性能，重点研究该层对钝化接触结构的影响。具体方法包括：
使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺制备缓冲层。 通过高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等分析技术研究不同缓冲层的微结构与元素组成。 评估缓冲层对钝化质量、接触电阻（ρc）、暗电流-电压特性（I-V）等电学性能的影响。 在太阳能电池器件级别验证不同缓冲层对太阳能电池性能的影响。
3. 结果与讨论
微结构分析：通过HR-TEM分析，发现引入缓冲层后，poly-SiOx层的结晶度明显提高，尤其是在氧含量较低的情况下。缓冲层的引入有助于更好地限制硼原子在poly-SiOx中的扩散，并改善了钝化质量。XPS分析显示缓冲层的存在有效地改善了硼的分布，从而提高了接触性能。
隧穿氧化层的厚度：分析结果表明，隧穿氧化层的厚度会随着缓冲层氧含量的增加而增大，这影响了载流子选择性接触的效果。较薄的隧穿氧化层有助于提高载流子的选择性，从而提高电池效率。
电学性能：引入缓冲层后，接触电阻（ρc）显著下降，尤其是在氧含量为0的情况下。没有缓冲层的样品显示非欧姆接触行为，而引入缓冲层的样品显示出欧姆接触行为，这表明缓冲层在减小接触电阻、提高载流子传输效率方面具有重要作用。
太阳能电池性能：在没有缓冲层的样品中，太阳能电池的效率仅为3.55%，而使用氧含量为0的缓冲层后，效率提升至18.9%。此外，当使用LPCVD缓冲层时，电池效率进一步提高至21.15%，这证明了缓冲层的结晶度对电池性能的关键影响。
4. 研究结论
本研究表明，通过引入具有适当氧含量的本征氢化无定形硅缓冲层，可以显著优化p型poly-SiOx钝化接触的界面特性，从而改善太阳能电池的性能。具体来说：
- 提高结晶度
缓冲层的引入改善了poly-SiOx层的结晶度，限制了硼的扩散，并促进了掺杂。 - 优化接触电阻
通过减少接触电阻，缓冲层显著提高了电池的填充因子（FF）。 - 提升太阳能电池效率
最佳的缓冲层配置（氧含量为0）使得太阳能电池的效率从3.55%提高至18.9%。此外，采用LPCVD缓冲层时，电池效率更是达到了21.15%。
图 1: 太阳能电池结构与制造过程
图 1(a): FBC太阳能电池的示意图
这张图展示了前/后接触式太阳能电池的结构，尤其强调了n型poly-SiOx层和p型poly-SiOx层的不同位置。电池结构包含了纹理化的前表面和光滑的后表面。图示结构也表明了整个接触堆叠的布局，包括隧穿氧化层、p型poly-SiOx层以及本征氢化无定形硅（a-Si:H）缓冲层。
图 1(b): FBC太阳能电池的制造过程流程图
该流程图描述了制造FBC太阳能电池的步骤。首先是对硅片进行单面纹理化处理，然后进行标准清洁、隧穿氧化层的生长、层次堆叠和PECVD沉积。接下来，电池经历了高温结晶和氢化退火过程，以优化接触和钝化效果。最后是SiNx覆盖层的沉积和金属电极的制作。
图 2: 微结构属性与元素分析
图 2(a-c): 不同缓冲层下的HR-TEM横截面图
图 2(a): 无缓冲层的结构图，其中可以清晰看到c-Si、隧穿SiOx层、poly-SiOx层以及poly-Si层的结构。由于没有缓冲层，poly-SiOx层的结晶度较差，且在t-SiOx层和c-Si基片之间有无定形硅的存在。
图 2(b): 使用氧含量为0的缓冲层的结构图。此图显示出缓冲层与poly-SiOx层之间的融合，并且在poly-SiOx层中出现更好的结晶结构。结晶的改进有助于提高掺硼浓度，从而改善电池性能。
图 2(c): 使用氧含量为0.27的缓冲层的结构图。相较于图 2(b)，氧含量为0.27时，poly-SiOx层的结晶度进一步提升，并且在poly-SiOx层内部的无定形区域更少，表明缓冲层的作用更加明显。
图 2(d-f): STEM HAADF图像与EDX元素分布图
这些图像展示了不同样品（无缓冲层、RCO₂ = 0、RCO₂ = 0.27）中Si、O、B元素的分布。通过这些图像，研究者能够定量分析不同氧含量缓冲层对硼扩散和元素分布的影响。
图 2(d): 显示了无缓冲层的样品，其中硼浓度较低，且分布不均匀。
图 2(e): 显示了RCO₂ = 0的缓冲层样品，硼的浓度较高且分布更均匀，表明缓冲层的引入有助于改善掺硼均匀性。
图 2(f): 显示了RCO₂ = 0.27缓冲层样品，硼的分布相较于RCO₂ = 0的样品更加均匀且集中，进一步证明了缓冲层在控制硼扩散方面的关键作用。
图 3: XPS深度分析
这张图展示了通过XPS分析得到的不同缓冲层样品的元素成分变化图。图中的三个氧峰分别代表不同的材料层（BSG、poly-SiOx和t-SiOx）。
无缓冲层的样品在poly-SiOx层中显示较低的硼浓度，而含缓冲层的样品则显示较高且稳定的硼浓度，表明缓冲层有效控制了硼在poly-SiOx层中的分布。
结果表明，缓冲层通过提高结晶度，改善了掺硼过程，使得poly-SiOx层的掺硼浓度更加均匀，这对于提高钝化性能和电池效率至关重要。
图 4: 缓冲层的HR-TEM和FFT分析
图 4(a): 显示了无缓冲层的HR-TEM图像，其HR-TEM图像显示出较低的结晶度，并且FFT模式几乎没有明显的衍射斑点，表明样品处于无定形状态。
图 4(b): 显示了RCO₂ = 0的缓冲层样品，HR-TEM图像显示出更多的晶体结构，FFT图案中可以看到明显的衍射斑点，表明缓冲层显著提高了结晶度。
图 4(c): 显示了RCO₂ = 0.27的缓冲层样品，HR-TEM图像和FFT分析进一步证明了缓冲层氧含量的变化对结晶度的影响。
图 5: 隧穿氧化层的厚度分析
通过TEM分析，图 5展示了在不同氧含量缓冲层条件下隧穿氧化层的厚度。
图 5(a-c): 显示了三种不同样品的HR-TEM图像，清晰标明隧穿氧化层的厚度。隧穿氧化层的厚度随着缓冲层氧含量的增加而增大，这表明缓冲层的氧含量对隧穿氧化层的形成有显著影响。
图 5(d-f): 进一步展示了通过TEM样品截面获取的隧穿氧化层厚度分布。数据显示，不同样品的隧穿氧化层厚度分布都很均匀，且无缓冲层的样品显示出最薄的隧穿氧化层。
图 6: 电学性能分析
图 6(a): 暗I-V特性曲线
这张图展示了不同缓冲层条件下样品的暗I-V特性。含缓冲层样品表现出欧姆接触行为，而无缓冲层的样品则表现出非欧姆接触行为。
图 6(b): 接触电阻（ρc）值
通过分析接触电阻（ρc），可以看到引入缓冲层后，接触电阻显著降低。特别是在RCO₂ = 0时，接触电阻最低，表现出最佳的接触性能。
图 6(c): EDX硼元素分析
这张图展示了不同样品的EDX分析结果，显示了缓冲层的氧含量与硼原子分布的关系。含缓冲层的样品表现出较高且均匀的硼浓度，而无缓冲层的样品则显示较低的硼浓度。
图 7: 钝化性能分析
图 7(a): iVoc与氢化退火后的钝化质量
这张图展示了不同氧含量缓冲层对iVoc的影响。含缓冲层的样品（特别是RCO₂ = 0）显示了更高的iVoc值，表明缓冲层对表面钝化性能的显著改善。
图 7(b): 有效载流子寿命（τeff）与注入强度的关系
这张图展示了不同缓冲层条件下样品的有效载流子寿命曲线。随着氧含量的降低，载流子寿命显著提高，特别是在较低的载流子浓度下，表现出较低的Shockley-Read-Hall复合速率。
图 8: 太阳能电池结果
图 8(a): 最佳太阳能电池的J-V特性曲线
这张图展示了最佳太阳能电池（使用RCO₂ = 0缓冲层）与参考样品（无缓冲层）的J-V特性曲线。使用缓冲层的太阳能电池表现出更高的开路电压（Voc）和短路电流密度（Jsc），从而提高了整体效率。
图 8(b): 填充因子（FF）比较
这张图展示了使用缓冲层的太阳能电池的填充因子（FF）与无缓冲层样品的对比。加入缓冲层显著提高了FF值，从而提高了太阳能电池的整体性能。
