研究背景
随着硅光伏产业向高效率的TOPCon（钝化接触型电池）技术过渡，TOPCon电池的正面接触处的金属诱导复合问题成为了限制其性能的关键因素。这一问题导致开路电压（Voc）的降低。现有的技术如激光掺杂选择性发射极（LDSE）和激光增强接触优化（LECO）虽然有一定效果，但并未能完全解决这一问题。因此，研究者提出了开发一种经济高效的、高通量的方法，以集成金属手指下方的局部钝化接触，从而消除正面复合。
研究方法
工艺开发：本研究的核心方法是开发一种新的制造工艺，将局部p型多晶硅（poly-Si）钝化接触集成到现有的TOPCon工艺中。该过程包括多个关键步骤：内在非晶硅沉积、硼扩散以及激光活化图案化等，这些步骤可以与现有工业设备兼容。
实验设计：为了研究不同工艺参数对电池性能的影响，研究设计了多个实验组。这些参数包括：
p+多晶硅层下界面氧化物的厚度 硼扩散工艺的热预算 p+多晶硅手指的宽度 用于正面金属化的银浆类型
材料表征：采用了多种表征技术来评估电池性能：
- QSSPC：用于测量非金属化电池前驱体的钝化质量。
- 光谱椭偏仪：测量氧化物厚度。
- 光致发光（PL）成像：用于可视化复合活性。
- IV测量：评估太阳能电池的性能。
- 传输长度法（TLM）：测量接触电阻。
模拟：通过光线追踪模拟来估算由p+多晶硅手指反射和吸收造成的电流损失。
研究内容
电池前驱体钝化：研究了不同工艺参数对非金属化电池隐含Voc和复合电流密度的影响。
太阳能电池性能：分析了金属化电池的Voc、Jsc、填充因子（FF）和效率，探讨了这些性能与工艺参数和LECO处理的关联。
电流损失机制：量化了p+多晶硅手指宽度对电流损失的影响，并比较了与参考电池相比，宽手指的效应。
金属诱导复合：通过比较iVoc和Voc来评估金属诱导复合的影响。
LECO的影响：评估LECO处理对串联电阻和填充因子的影响。
研究结论
研究表明，SelFi TOPCon电池概念是可行的，且能够消除金属诱导的复合损失。尽管目前效率稍低于参考TOPCon电池，但Voc已显著改进。主要的限制因素包括接触电阻的增加，以及p+多晶硅手指边缘和更宽的金属手指带来的光学损失。研究还提出了一些改进建议：
减少p+多晶硅手指的宽度。 提高银浆的精细线印刷性能。 优化p+多晶硅和指间区域的钝化。 对p+多晶硅手指进行预刻蚀。 使用原位掺杂非晶硅沉积。
图1：TOPCon工艺流程和电池示意图
这张图是一个流程图，说明了标准TOPCon工艺流程以及为SelFi TOPCon电池制造添加的额外步骤。附带的示意图可能会比较标准TOPCon电池和SelFi TOPCon电池的结构，突出关键区别——在正面添加图案化的p型多晶硅手指。这直观地展示了添加到现有工艺中的步骤的简单性。
图2：显微镜图像和电池前驱体照片
这张图包含一张显微镜图像，显示了在刻蚀过程后单个耐蚀的p+多晶硅手指。附带的照片显示了刻蚀过程后的电池前驱体（金属化前），说明了晶片上图案化手指的整体外观。这直观地证实了p+多晶硅手指的成功集成。
图3：SiO2厚度测量结果
这张图显示了不同发射极扩散情况下，在平坦单晶硅和p+多晶硅表面上测量的SiO2厚度。它可能还包括在纹理单晶硅衬底上估计的SiO2厚度。关键的结论是SiO2厚度、扩散类型以及单晶硅和多晶硅表面之间氧化物生长差异之间的关系。这些数据支持界面氧化物厚度的优化。
图4：工艺过程中SiO2厚度的变化
这张图显示了在工艺的不同阶段（经过各种工艺步骤后），在平坦p+多晶硅表面上的SiO2厚度。它显示了由于刻蚀过程而导致的SiO2厚度减少以及厚度值的分布。这有助于理解不同步骤对p+多晶硅层厚度的影响。
图5：电池前驱体钝化
这张图说明了不同实验组的非金属化电池前驱体的隐含Voc (iVoc)和总复合电流密度(J0tot)。它可能显示不同组之间钝化质量的变化，突出工艺参数（界面氧化物厚度和发射极扩散）对电池前驱体钝化的影响。
图6：光致发光图像
这张图显示的是SelFi TOPCon电池前驱体的放大光致发光（PL）图像，由于复合增加，p+多晶硅手指显示为较暗区域。这些区域中PL强度的降低直接证实了p+多晶硅手指的存在及其影响。
图7：太阳能电池的IV特性
这张图显示了LECO处理后，不同实验组（包括参考TOPCon电池）的IV参数（Voc、Jsc、FF、效率）的箱线图。这直接比较了SelFi TOPCon电池与参考电池的性能，突出了所达到的效率以及不同工艺参数的影响。
图8：Jsc与p+多晶硅手指宽度的关系
这张图绘制Jsc作为p+多晶硅手指宽度的函数，包括对数据的线性拟合。目的是证明手指宽度和Jsc损失之间的关系，这对于优化手指宽度以最小化电流损失至关重要。
图9：iVoc、Voc和iVoc-to-Voc损耗的比较
这张图是评估金属诱导复合减少的关键。它比较不同组的iVoc、Voc和计算出的差异（iVoc-to-Voc损耗）。差异越小，金属诱导复合越低，这支持了SelFi电池中损耗消失的主张。
图10：LECO前后串联电阻
这张图比较所有组在LECO处理前后电池的串联电阻。它说明了LECO对串联电阻的显著降低，从而提高了整体电池性能。
图11：LECO前后填充因子
这张图使用箱线图来演示所有组在LECO处理后填充因子（FF）的提高。这是串联电阻降低的直接结果。
