Aaron PV
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/ n-TOPCon 掺杂 poly-Si 膜层中磷掺杂研究 /
关键词：n-TOPCon，poly-Si磷掺杂量，钝化，寄生吸収，复合
问题
(n) poly-Si/SiOx/c-Si结构需要搞清楚的几个问题：
界面氧化层厚度影响 poly-Si中磷掺杂浓度影响 poly-Si厚度与烧结深度关系 内扩进c-Si中磷浓度影响 掺杂poly-Si磷掺杂浓度对膜层寄生吸收影响
关键结论
poly-Si膜层中磷激活浓度的提升可通过调节增加非晶硅沉积过程PH3流量、晶化退火温度两个方向来实现 poly-Si膜层磷掺杂量的提升，对隧穿氧化层的穿透能力会增加，内扩进入c-Si中，导致SiOx/c-Si界面复合增大，同时会对SiOx层pinholes密度产生影响 poly-Si膜层磷掺杂量的提升，会使得poly-Si层寄生吸收增大，长波段（800~1200nm范围）损失增大。薄poly提升电流密度是提效方向，需要浆料匹配。 poly-Si膜层磷掺杂量的提升，有助于降低金半接触电阻率 poly-Si膜层磷掺杂量，结合隧穿氧化层优化，对Voc、FF影响较大，可以匹配优化出较高效率
实验方案
样品制备：
硅片 n Cz-Si，电阻率0.5~2Ω·cm，210*210mm尺寸 ，厚度~160 μm 碱制绒处理后，B热扩散，方阻~140Ω/sq 背面绕镀及边结去除干净，，正面保留BSG，背面碱抛光处理 背面沉积隧穿氧化层SiOx，等离子氧化方式制备 ~100nm厚度掺杂非晶硅a-Si:H，磁控溅射PVD方式制备 晶化退火，非晶硅晶化及磷激活过程 860~895℃ 去BPSG处理 钝化膜沉积 正面：ALD沉积~8nm AlOx膜层，PE方式沉积~75nm SiNx/SiOxNy叠层 背面：~90nm SiNx膜层 金属化：12BB-正面128FF-背面168FF
量仪
WCT120 椭偏仪 TLM ECV ToF-SIMS Raman光谱仪 XPS
考查变量：
隧穿氧化层厚度 poly-Si中磷掺杂浓度 晶化退火温度
结果讨论
1. poly-Si中高磷激活浓度的实现方式
磁控溅射制备磷掺杂非晶硅过程，增加PH3流量，晶化后的poly-Si中磷激活浓度增加（I vs II组对比） 晶化退火温度提高，poly-Si中的磷激活浓度增加；同时，随着晶化退火温度的提高，磷穿过隧穿氧化层内扩进c-Si中的浓度相应变大。 不同功率制备的隧穿氧化层，对磷的阻挡能力不同。高功率氧化层厚度略高且更致密，阻挡能力更强。 隧穿氧化层，晶化退火温度越高，经退火后含量更高。
2. 钝化接触结构特性比较
ECV结果，poly-Si中的激活磷浓度：
I ~ ，方阻 91.3 Ω/sq II ~，方阻 35.2 Ω/sq III ~，方阻 26.3 Ω/sq
SIMS对比ECV差异，换算出非活化磷原子密度：
I II III
高磷掺杂浓度，对应更多的未活化磷原子密度。主要原因是随着磷掺杂浓度的增加，磷活化所需能量增高，相应的掺杂难度加大。
复合电流密度 ：
随着poly-Si膜层中掺杂磷浓度的增大，增大 经烧结后，降低，主要为SiNx膜层中H钝化效果 随着poly-Si膜层中磷掺杂浓度的提高，界面氧化层SiOx中的磷浓度相应也会变大。 磷掺杂浓度的提高会增加不饱和悬挂键密度，晶格失配程度加剧 更高的磷掺杂浓度会增加界面氧化层中pinhole密度。 另一方面，poly-Si高掺杂浓度，相应SiOx/c-Si界面未激活的磷浓度也较高，导致界面载流子复合较高。 俄歇复合对复合电流密度的贡献,： I II III 掺杂浓度越高，对应俄歇复合越高
接触电阻率 ：
掺杂量越高，接触电阻率越低 主要与磷激活浓度有关 晶化率不同，磷掺杂量越高，相应晶化率越高。晶化率的提升有助于降低poly-Si本身的电阻率。
3. 光学吸收
TOPCon结构主要用于背面钝化，需要重点关注800~1200nm波段光学性能 800-1200nm波段对应折射率变化不大 随着P掺杂量的增加，长波段消光系数增大，吸收系数 与消光系数成正比 poly-Si膜层寄生吸收主要受2个因素影响： 掺杂浓度的增大，导致寄生吸収加剧 晶化率的提升，降低寄生吸收
寄生吸收导致的电流损失：
组I， 组II， 组III，
poly-Si层寄生吸收的增加，伴随着正面发射及背面投射出去的光损失的降低。不同组别短流密度：
I，42.15 mA/cm2 II, 41.77 mA/cm2 III, 41.50 mA/cm2 实际光生电流密度损失，不像寄生吸收损失那么高。
4. 电性能表现
电性能对比：
开压Voc：组I组II基本相当，组III低1~2 mV 电流Isc：组I最高、组III最差，相差~100 mA，寄生吸收影响 填充FF：组I最差~82.9%、组III最高~83.7%，相差~0.7~0.8%，接触电阻影响 效率Eta：组II最高 ~24.8%，组I ~24.65%，组III ~24.7%
参考：Optimization of activated phosphorus concentration in recrystallized poly-silicon layers for the n-TOPCon solar cell application
DOI：https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112206
☺谨以此篇庆祝小Lucy的第一个儿童节！六一快乐！✿✿ヽ(°▽°)ノ✿
