研究背景：TOPCon技术与挑战
多晶硅钝化接触（TOPCon）结构由超薄氧化硅层（<2 nm SiOx）和重掺杂多晶硅（poly-Si）组成，已成为提高硅太阳能电池效率的重要技术之一。然而：
寄生光吸收问题：多晶硅层的寄生吸收可能导致短路电流密度的显著损失。
复杂工艺问题：工业中常用的光刻掺杂方法工艺复杂、成本高，限制了大规模应用。
因此，开发一种简单高效的局部掺杂技术，兼顾高钝化性能与低接触电阻，成为研究的重点。
研究创新：基于电子束蒸发的硼掺杂
图 1：实验制备流程图
本文提出了一种基于电子束蒸发硼层的新型掺杂方法。具体流程如下：
基片制备：选用 p 型和 n 型硅基片，表面沉积 1.5 nm 的氧化硅层和 50 nm 或 180 nm 的本征多晶硅层。
硼层与覆盖层沉积：通过电子束蒸发沉积 3 nm 或 10 nm 厚的硼层。
在硼层上进一步沉积 26 nm 的纳米晶硅（nc-Si）层，提升硼扩散效率。
驱动退火与钝化：在 900°C 至 1000°C 进行驱动退火，激活硼掺杂。
使用形成气氢化和原子层沉积（ALD）技术进行钝化优化。
局部图案化：结合掩模技术实现硼层的局部沉积，从而实现局部掺杂区域的精准控制。
实验结果与分析
掺杂性能验证
图 2a 显示了多晶硅层的掺杂分布结果：
在 950°C 退火 10 分钟后，多晶硅层中检测到均匀的硼掺杂浓度（
）。
加入 nc-Si 层显著提高了硼的扩散效率，形成了更均匀的掺杂分布。
无 nc-Si 覆盖层的样品仅表面有少量硼掺杂，掺杂效果较差。
研究表明，nc-Si 层不仅促进了硼的扩散，还提高了掺杂均匀性。
图 2：掺杂结构与图案化实现
局部图案化效果
图 2b 和 2c 展示了局部掺杂区域的光致发光（PL）成像结果：
通过掩模技术，在样品表面实现了局部硼层沉积。
经 950°C 退火后，局部掺杂区域的 PL 强度显著提升，表明掺杂区域的非辐射复合减少，钝化性能提升。
温度与时间对钝化性能的影响
驱动温度的影响
图 3a 和 3b 显示，在 950°C 退火时，开路电压（iVoc）达到峰值：50 nm 多晶硅样品：704 mV；
180 nm 多晶硅样品：708 mV。超过 950°C 时，iVoc 降低，原因可能是掺杂浓度过高破坏了 SiOx 层或导致晶硅界面的复合增强。
图 3：驱动温度和时间对钝化性能的影响
驱动时间的影响
图 3c 和 3d 显示，最佳退火时间为 30 分钟，180 nm 多晶硅样品的 iVoc 达到 709 mV。时间过长（如 60 或 90 分钟）会导致掺杂过深，降低钝化效果。
总结：最佳驱动条件为 950°C，时间 30 分钟。
掺杂分布特性
图 4：掺杂分布曲线
掺杂温度的影响（图 4a）
低温（900°C）导致掺杂浓度在多晶硅内逐渐减小；
高温（1000°C）会形成较深的掺杂“尾部”，掺杂浓度扩展至 c-Si 内部，可能损害 SiOx 层或增加复合损失。
掺杂时间的影响（图 4b）
时间延长（如 60 分钟）会导致掺杂尾部延展至 c-Si，进一步增加界面复合损失。
接触电阻性能
图 5：接触电阻性能优化
图 5 展示了接触电阻（ρc）的优化结果：
在 950°C 退火 30 分钟时，180 nm 多晶硅样品的 ρc 最低，为 3.2 mΩ·cm²。
时间或温度过低（如 900°C 或 10 分钟）时，掺杂不足，接触电阻较高。
结论：950°C、30 分钟是优化接触电阻和钝化性能的最佳条件。
HR-TEM 与成分分析
图 6：HR-TEM 和成分分析
图 6 显示了驱动前后样品结构的 HR-TEM 图像和 EDX 成分分析：
驱动前，硼层和 SiOx 层的多层结构清晰可见；
驱动后，硼层消失，形成了硼富集层（BRL），SiOx 层仍保持完整，表明高温退火条件的可控性。
研究意义
高效掺杂工艺：电子束蒸发避免了有害气体（如 BCl₃）的使用。单面掺杂，无需额外的蚀刻步骤，降低了工艺复杂度。
局部掺杂技术：使用掩模技术，成功实现了局部钝化接触的图案化。
优异性能：在 950°C、30 分钟条件下，实现了高 iVoc=709 mV 和低 ρc=3.2 mΩ。
