寧波材料所在高鈍化p型TOPCon結構制備方面取得新進展
隧穿氧化硅鈍化接觸（TOPCon）太陽電池作為新一代高效晶體硅電池的主流技術，其實驗室效率已超過26.5%，截至2024年，TOPCon太陽電池的裝機容量超過1000 GW，預計未來幾年將繼續(xù)擴張。在光伏技術迭代的關鍵窗口期，基于TOPCon的背結（TBJ）及全背接觸（TBC）電池因其大于27.5%的理論極限效率備受關注。然而，p型TOPCon結構受限于硼擴散誘導的界面缺陷和鈍化性能不足，其隱含開路電壓（iVoc）長期停滯在730 mV水平，嚴重制約了新一代高效電池結構發(fā)展，這一瓶頸的突破被視為行業(yè)技術升級的關鍵路徑。
針對這一瓶頸，中國科學院寧波材料技術與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下，基于前期在TOPCon電池領域的積累（Nat. Energy,2023,8,1250; Energy Environ. Sci. 2021,14, 6406；Adv. Energy Mater.,2022,2203006; Small,2023,1,2304348; Cell Rep. Phys. Sci. 2021,2,1;Sol. RRL， 2021,5, 2100644; 2023,7,2201082; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2021,223,110970; 2021,230,111229; 2022,238,111586; 2022,240,111713; 2022,243,111803; 2022,250, 112047;?2023,257,112354;? 2023,257,112393），創(chuàng)新性地提出基于兩步氧化法（TSO）的氧化硅制備方法，成功制備出高性能硼摻雜多晶硅鈍化接觸，為高鈍化p型TOPCon的制備和產(chǎn)業(yè)化應用提供了新路徑。
該團隊通過低溫熱氧化結合N2O/H2等離子體處理的創(chuàng)新工藝，在硅基底預生長超薄SiOx保護層，有效抑制了等離子體離子轟擊導致的界面缺陷，同時通過氧化-刻蝕協(xié)同作用優(yōu)化SiOx化學鍵合，顯著提升了鈍化性能。實驗表明，雙面對稱p型TOPCon結構的隱含開路電壓（iVoc）達740 mV，單面復合電流密度（J0,s）低至4.0 fA/cm2，為目前公開報道的最高值；其接觸電阻率（ρc）為22 mΩ?cm2，選擇性因子達14.5，兼具優(yōu)異的載流子傳輸能力。技術原理分析顯示，兩步氧化法通過抑制硼過度擴散、降低界面態(tài)密度，并利用氫原子富集效應鈍化懸掛鍵，能顯著減少復合損失。在半成品背結電池驗證中，該技術制備的電池iVoc達744 mV、總復合電流密度為6.8 fA/cm2，為高效器件開發(fā)奠定了基礎。
另一方面，該技術的低溫熱氧化工藝（400℃）與現(xiàn)有石墨舟產(chǎn)線高度兼容，同時通過等離子體處理能同步提升SiOx氧化質(zhì)量與氫鈍化能力，為TOPCon技術降本增效提供了新路徑。其應用不僅可推動p型TOPCon在TBJ及TBC電池中的突破，還可拓展至鈣鈦礦/硅疊層電池的底電池設計，助力開路電壓提升。
相關成果以“Boron-Doped Polysilicon Passivating Contacts Achieving a Single-Sided J0 of 4.0 fA/cm2 Through a Two-Step Oxidation Process”為題發(fā)表于光伏領域?qū)W術期刊Progress in Photovoltaics: Research and Applications（DOI: https://doi.org/10.1002/pip.3884）。??
寧波材料所2021級課題生歐亞梨為第一作者，楊陣海副教授、曾俞衡研究員、葉繼春研究員為通訊作者。這項工作得到了國家自然科學基金（61974178、61874177）、寧波市“創(chuàng)新2025”重大專項（2022Z114、2020Z098）、遼寧省2021年度科技項目（2021JHI/10400104）、寧波國際科技合作計劃（2024H028）、浙江省重點研發(fā)計劃（2021C01006、2024C01055）等的支持。
圖1 基于兩步氧化法的p型TOPCon結構制備流程圖
圖2 基于兩步氧化法的p型TOPCon結構鈍化性能
（光電信息材料與器件實驗室 杜浩江）
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