研究背景
晶体硅太阳能电池占据了太阳能电池市场的大部分份额。n型TOPCon（隧道氧化物钝化接触）结构由于其高转换效率和与现有PERC生产线的兼容性而备受关注。然而，使用PECVD技术制备n-TOPCon结构的一个主要挑战是气泡的形成，这通常是由富氢前驱气体和特定的沉积和退火条件引起的。现有的解决方法，例如修改沉积条件或在非晶硅层中掺入碳、氮或氧，存在一些缺点，例如沉积速率慢或工艺复杂。
研究方法
为了解决气泡形成的问题，研究人员在隧道氧化硅层和非晶硅层之间引入了一个内在的中间层，该中间层可以是微晶硅或多晶硅。多晶硅层通过在非晶硅沉积后进行退火步骤形成。他们优化了PECVD工艺参数，包括沉积温度、气体流量比等，并研究了不同中间层（包括多晶硅和微晶硅）对气泡形成和钝化性能的影响。通过透射电子显微镜(TEM)观察了样品的微观结构，并使用Sinton WCT-120寿命测试仪对样品的钝化性能进行了评估，获得隐含开路电压(iVoc)。最后，他们制造了完整的TOPCon太阳能电池，并测试了其性能。
结果与讨论
1. 气泡抑制效果：实验首先验证了在SiOx层上直接沉积P-doped a-Si:H会导致严重的起泡现象（图2a）。随后，研究人员尝试了不同的中间层材料，结果表明：
单纯的i-a-Si:H中间层（图2b）无法有效抑制起泡。这说明仅仅改变非晶硅层的氢含量不足以解决问题。
i-Poly-Si中间层（图2c）和高H2/SiH4气体流量比(80)下的i-μc-Si中间层（图2d）有效地抑制了气泡的形成。这表明在a-Si:H与SiOx之间引入具有良好附着力和低氢含量的晶体硅层是抑制气泡形成的关键。低H2/SiH4气体流量比(40和60)下的i-μc-Si中间层仍然存在起泡现象，进一步佐证了这一点。
2. 微观结构分析： TEM图像(图3和图5)对不同中间层材料的微观结构进行了详细的表征，解释了其钝化性能的差异：
i-Poly-Si中间层（图3a-c, 图5a-b）：表面平整，晶粒较大，与SiOx层界面清晰，表明其与a-Si:H层具有良好的附着力，且退火后能形成高质量的多晶硅层，有利于载流子传输和钝化。
i-μc-Si中间层（图3d-f, 图5c-e）：表面粗糙，晶粒较小，晶界较多，且在高H2/SiH4气体流量比下，退火后SiOx层部分区域被破坏或结晶。这说明i-μc-Si中间层的钝化效果受制于制备条件，其微观结构的不完整性影响了钝化性能。
3. 钝化性能评估：图4展示了iVoc值与退火温度的关系。i-Poly-Si中间层样品在750-900℃的退火温度范围内展现出优异的钝化性能(iVoc>720mV)，而在950℃时iVoc值下降，这可能是由于SiOx层在高温下结构被破坏。i-μc-Si中间层样品的iVoc值显著低于i-Poly-Si中间层样品，且随温度升高而下降，这与TEM观察结果一致，表明其钝化性能较差。
4. TOPCon太阳能电池性能：图6展示了制备的TOPCon太阳能电池的I-V特性曲线和量子效率曲线。电池展现出较高的填充因子，但Jsc和Voc值低于文献报道值。
文章将此归因于：
发射极区域的钝化不足：这需要进一步优化发射极的制备工艺。
电极处的复合中心：这需要改进电极制备工艺，例如采用激光增强接触优化技术。
5. 工艺优化建议：文章最后指出了未来研究方向
提高退火温度升温速率：缩短工艺时间。
避免HF处理：通过惰性气氛退火防止氧化层形成，简化工艺流程。
优化发射极钝化和电极接触：提高Jsc和Voc值，最终提高电池效率。
研究结论
本文成功地开发了一种制备无气泡、高钝化n-TOPCon结构的方法，该方法通过在隧道氧化硅层和掺磷非晶硅层之间引入内在的多晶硅中间层来实现。这种方法避免了在掺杂非晶硅中添加碳或氮等元素，简化了工艺流程。虽然制备的TOPCon太阳能电池的效率有待提高，但这项工作为高性能TOPCon太阳能电池的制备提供了有价值的参考。 未来的研究应集中在优化发射极钝化和减少电极复合中心上，以进一步提高太阳能电池的效率。 同时，也需要进一步优化工艺参数，缩短制备时间。
图文解析
图1：TOPCon太阳能电池示意图及制备流程图
该图展示了研究中制备的TOPCon太阳能电池的结构示意图和制备流程。示意图清晰地显示了电池的各层结构，包括：n型CZ硅衬底、隧道氧化硅层(SiOx)、内在中间层(i-Poly-Si或i-μc-Si)、掺磷非晶硅层(P-doped a-Si:H)、铝氧化物(AlOx)钝化层、氮化硅(SiNx)钝化层以及正面和背面的电极。流程图则按步骤展示了太阳能电池的制备过程，包括硅片表面处理、扩散形成硼发射极、单面刻蚀、PECVD沉积TOPCon结构和钝化层以及电极的制备等。
图2：不同条件下n-TOPCon结构的显微镜图像
该图通过光学显微镜图像比较了不同内在中间层对气泡形成的影响。
(a) SiOx/P-doped a-Si:H 结构，显示了明显的起泡现象，表明直接在SiOx上沉积P-doped a-Si:H 会导致严重的起泡问题。
(b) SiOx/i-a-Si:H/P-doped a-Si:H 结构，仍然存在起泡，说明单纯的非晶硅中间层无法有效抑制起泡。
(c) SiOx/i-Poly-Si/P-doped a-Si:H 结构，显示没有起泡，成功地抑制了气泡的形成。这验证了多晶硅中间层的有效性。
(d) SiOx/i-μc-Si/P-doped a-Si:H 结构，也显示没有起泡，证明了特定条件下微晶硅中间层也能有效抑制气泡。
图3：不同内在中间层结构的TEM图像
该图通过透射电子显微镜(TEM)对SiOx/i-Poly-Si/P-doped a-Si:H 和 SiOx/i-μc-Si/P-doped a-Si:H 两种结构的横截面进行了微观结构表征。
(a)-(c) 显示了i-Poly-Si中间层的TEM图像，可以看到清晰的隧道氧化硅层(SiOx)以及相对平整的多晶硅层，证实了多晶硅层的形成。
(d)-(f) 显示了i-μc-Si中间层的TEM图像，可以看到微晶硅中间层表面较为粗糙，且在高倍率下(f)可以看到微晶结构。
图4：隐含开路电压(iVoc)与退火温度的关系
该图展示了对称样品的iVoc值随退火温度的变化关系。分别测试了i-Poly-Si和i-μc-Si作为中间层的样品。图中清晰地显示，使用i-Poly-Si中间层的样品在750-900℃的退火温度范围内具有优异的钝化性能(iVoc>720 mV)，而i-μc-Si中间层的样品iVoc值较低，且随温度升高而下降。 这说明了不同中间层材料的钝化性能差异。
图5：不同内在中间层结构的TEM图像(退火后)
该图与图3类似，但展现的是在850℃退火后的样品TEM图像，主要用于对比退火前后中间层的变化。图像显示，退火后，中间层发生了变化，并与上层的P-doped a-Si:H层融合在一起，形成了单一的P-doped多晶硅层。多晶硅中间层的界面相对平整，而微晶硅中间层则存在明显的晶界和隧道氧化硅层的部分破坏。
图6：制备的TOPCon太阳能电池的I-V特性曲线和量子效率曲线
该图展示了最佳TOPCon太阳能电池的性能数据，包括I-V特性曲线，以及内量子效率(IQE)、外量子效率(EQE)和反射率曲线。I-V曲线显示了该太阳能电池的短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)和填充因子(FF)等关键参数。 量子效率曲线则反映了不同波长光子转化为电子的效率。
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