研究人员提出了一种新型双层多晶硅（Bi）结构。他们在多晶硅层中插入一层额外的二氧化硅（SiOx）层。这层SiOx层起着屏障作用，阻止金属原子从电极浆料扩散到硅体内，并允许更精确地控制磷掺杂和多晶硅结晶度。
实验方法
该研究使用在线磁控溅射系统沉积双层结构。创建了Bi结构的两种变体（Bi-1和Bi-2），它们在内层a-Si沉积过程中是否存在PH3等离子体方面有所不同。通过多种技术对SGL和Bi结构的电性能和材料性能进行了表征：
钝化质量：使用准稳态光电导（QSSPC）方法测量隐含开路电压（iVoc）。
磷分布：使用电化学电容电压（ECV）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）分析磷、氧和氢原子的分布。
结晶度：采用拉曼光谱和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）分析多晶硅层的结晶度。
接触电阻率（ρc）：使用传输线法（TLM）测量ρc。
复合电流密度（J0）：使用强度相关的发光图像确定金属化和非金属化区域的J0。
TOPCon太阳能电池性能：测量完整TOPCon太阳能电池的电性能（Voc、Isc、FF、效率）。
主要发现
改进的钝化：Bi结构，特别是Bi-1，与SGL结构相比，表现出改进的钝化质量，尤其是在共烧工艺（氢钝化）之后。SiOx层充当氢储层，增强了钝化作用。
受控磷掺杂：SiOx层有效地阻止了磷的扩散，导致SiOx/硅界面附近的磷浓度降低。这减少了俄歇复合，并改善了钝化作用。
降低的结晶度（内层）：Bi结构中的内层多晶硅层的结晶度明显低于外层。这种降低的结晶度以及SiOx屏障阻碍了共烧过程中金属原子的扩散。
增强的TOPCon电池性能：具有Bi-1结构的TOPCon太阳能电池与SGL结构相比，效率提高了0.06%。这主要是由于Voc增加（钝化改进）和Isc增加（由于结晶度降低而减少了寄生吸收）。然而，接触电阻率（ρc）的增加导致填充因子（FF）略有下降。
结论
双层多晶硅结构为提高TOPCon太阳能电池性能提供了一种有前景的方法。SiOx层充当多功能组件，增强钝化，控制掺杂并阻碍金属扩散。进一步优化Bi结构，特别是解决接触电阻率增加的问题，可以带来更大的效率改进。该论文提供了材料特性及其与器件性能之间相关性的详细分析，并得到了全面的实验数据和高分辨率显微镜的支撑。
图文解析
图1：不同活化温度下，具有对称SGL和Bi多晶硅结构的TOPCon结构的iVoc值变化。条形图分别表示共烧前后的平均iVoc值，每个条件下平均测试了10个样品的五个不同位置。
该图比较了单层(SGL)和双层(Bi-1, Bi-2)多晶硅结构在不同活化温度(860°C, 870°C, 880°C)下，共烧前后iVoc(隐含开路电压) 的变化。 iVoc是衡量钝化质量的重要指标，值越高表示钝化越好，复合率越低。图中显示：
共烧前：SGL的iVoc略高于Bi结构，表明SGL在没有氢钝化的情况下具有更好的界面钝化。 共烧后：Bi结构，特别是Bi-1，的iVoc明显高于SGL，说明Bi结构对氢钝化的响应更强，共烧过程中的氢钝化显著提升了Bi结构的钝化质量。 温度影响：随着温度升高，SGL的iVoc下降明显，共烧前后差异减小，表明高温下氢钝化效果减弱，甚至失效。Bi结构的iVoc下降幅度小于SGL，说明Bi结构对温度变化的耐受性更好。 这与文中关于高温下磷扩散和缺陷增加的解释相符。
图2：具有SGL和Bi多晶硅结构的TOPCon结构中关键原子的分布曲线。(a) ECV结果显示双层结构中活化磷原子分布随活化温度的变化，以860°C下获得的SGL结构为参考。(b) 显示了860°C下SGL和Bi-1结构的SIMS结果对比，揭示了H、O和P的分布曲线。
该图展示了磷等关键元素在不同结构和温度下的分布情况：
图2a (ECV): 显示了活化磷原子浓度随深度的变化。Bi结构中，在SiOx层处出现明显的磷浓度谷值，表明SiOx层有效地阻挡了磷的扩散，降低了硅/SiOx界面附近的磷浓度，这有助于改善钝化。 Bi-1和Bi-2在磷分布上也略有差异，这与它们在内层a-Si沉积过程中是否使用PH3等离子体有关。高温下，SGL的磷扩散加剧，而Bi结构的磷扩散受到抑制。
图2b (SIMS): 比较了SGL和Bi-1在860°C下的磷(P)、氧(O)和氢(H)的深度分布。 可以看到，Bi-1结构中，SiOx层富集了大量的磷原子，但这些磷原子大部分未被激活。 同时，SiOx层也富集了氢原子，这解释了Bi结构中氢钝化效果增强的原因。
图3：SGL和Bi结构的拉曼光谱比较。
该图通过拉曼光谱比较了SGL和Bi结构的多晶硅层的结晶度。拉曼峰的位置和形状反映了材料的结晶度。 结果显示：
Bi结构的拉曼峰向低波数方向偏移，表明Bi结构的多晶硅结晶度低于SGL结构。这与HRTEM的结果一致，证实了Bi结构内层多晶硅结晶度较低的结论。
图4：通过HRTEM分析得到的Bi-1结构的横截面结构。不同放大倍数下的微观结构，(a-c)，揭示了该截面内的不同特征。此外，(c)旁边的两个圆形框对特定区域进行了更仔细的检查，进一步放大了相应颜色方块中突出显示的细节。为了更深入地研究晶体学性质，这些区域的快速傅里叶变换(FFT)结果作为(d-g)呈现，对应于不同的颜色方块区域。
该图使用高分辨透射电镜（HRTEM）观察Bi-1结构的微观结构：
图清晰地显示了SiOx层将多晶硅层分成两层。 图显示SiOx层在不同区域的厚度和形貌存在差异，内层多晶硅的结晶度显著低于外层。 FFT图像进一步证实了内层多晶硅的无序性，而外层则呈现出较好的结晶性。
图5：SGL和Bi-1结构的反向饱和复合电流密度和接触电阻率差异，每组测试了五个样品。
该图比较了SGL和Bi-1结构在金属化和非金属化区域的J0(反向饱和复合电流密度)以及接触电阻率(ρc)。结果显示：
Bi-1结构在非金属化区域的J0显著降低，表明其钝化性能更好。 Bi-1结构在金属化区域的J0也降低，这归因于SiOx层对金属原子扩散的阻挡作用。 然而，Bi-1结构的ρc高于SGL结构，这可能是由于SiOx层阻碍了载流子传输以及内层多晶硅结晶度较低造成的。
图6：示意图说明Bi多晶硅结构如何防止Ag扩散，保护硅衬底并保持钝化质量。
该图是一个示意图，解释了Bi结构中SiOx层如何阻止Ag原子扩散到硅衬底，从而提高钝化质量。
图7：基于SGL和Bi-1结构制造的TOPCon太阳能电池的电性能比较，每组约200个电池。
该图显示了SGL和Bi-1结构的TOPCon太阳能电池的最终电性能(Voc, Isc, FF, Efficiency)。结果显示Bi-1结构的效率略高于SGL结构，主要是因为Voc的提高和Isc的提高，但FF略有下降，这与图5中ρc的结果相符。
