晶硅太阳电池主导光伏产业，其中隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）技术已占据超70%的市场份额。尽管实验室与工业级效率持续突破26%，但受限于正面钝化不足、背面金属接触退化及栅线设计欠优，其效率仍显著低于29.4%的俄歇极限。美能大平台钙钛矿电池PL测试仪通过无接触式测试，监测各个工艺段中的异常，了解单节叠层钙钛矿电池的缺陷分布信息。

本文提出一种双面协同电性优化方案：正面采用高方阻硼发射极（430 Ω/sq）以增强钝化、降低俄歇复合，并结合窄间距细栅设计（825 μm/10 μm）补偿载流子输运损失；背面创新引入双层隧穿氧化硅/多晶硅结构，外层阻挡银扩散，内层维持界面钝化，同时局部减薄多晶硅以降低寄生吸收。该策略在M10尺寸硅片上实现了26.66%的认证效率，开路电压达744.6 mV，填充因子85.57%，双面率提升至88.3%，显著缩小了工业TOPCon电池与理论极限的差距。

电池性能与认证

TOPCon电池进展与认证

此前TOPCon电池的开路电压和填充因子分别被限制在~740 mV和~84%左右，主要受限于正面非接触区钝化不足、背面金属化导致的钝化退化以及栅线设计欠优化。本文报道的TOPCon电池在M10尺寸硅片（有效面积313.3 cm²）上实现了26.66%的认证效率，短路电流为13.109 mA，开路电压达744.6 mV，填充因子为85.57%。与俄歇极限相比，该电池的相对电学性能达到93.8%，不仅远超此前TOPCon电池的91.6%，也逼近了最先进的硅异质结电池水平。

高方阻发射极设计

高阻硼发射极设计与性能分析

传统硼发射极的方阻通常控制在100-300 Ω/sq之间，以平衡载流子输运、界面钝化和接触性能。但激光增强接触优化（LECO）工艺的出现显著改善了银硅接触，使得向高方阻发射极的转变成为可能。高方阻发射极不仅能降低硼扩温度和时间、减少热预算，还能增强钝化性能，有助于提高开路电压。

本研究中，高方阻发射极（430 Ω/sq）相比传统低方阻发射极（215 Ω/sq）具有更低的活性硼浓度和扩散深度，这不仅改善了界面钝化，还减少了与硅衬底的俄歇复合。钝化测量显示，高方阻发射极样品的有效少子寿命从0.70 ms提升至1.12 ms，复合电流密度从~9 fA/cm²降至~5 fA/cm²，光致发光和电致发光结果也证实了钝化质量的改善。

然而，高方阻发射极对银电极的接触电阻产生了负面影响，这需要通过后续的栅线优化来补偿。

正面栅线优化

双层多晶硅微观结构表征

为补偿高方阻发射极带来的载流子输运损失，必须优化正面栅线设计。本研究中，高方阻发射极的最佳栅线间距约为825 μm，明显窄于低方阻发射极的1120 μm。同时，栅线宽度从~20 μm减小到~10 μm，既减少了光学遮挡，也降低了银浆消耗。

仿真结果表明，较小的栅线间距能在更宽的方阻和复合电流密度范围内实现高效率，对参数波动的容忍度更高。栅线优化对高方阻器件尤为关键，因为高方阻器件需要更小的栅线间距来弥补横向载流子输运的限制，从而提升填充因子。载流子输运路径分析显示，高方阻器件中空穴被限制在发射极内横向输运，而低方阻器件中空穴先垂直穿过硅衬底再横向输运。因此，减小编织间距对高方阻器件更为必要。

背面双层多晶硅设计

双层多晶硅设计及性能分析

背面双层多晶硅结构是本研究的另一核心创新。透射电镜和能谱分析显示，在单层多晶硅样品中，银原子完全穿透多晶硅层渗入硅衬底；而在双层多晶硅样品中，外层多晶硅阻挡了大部分银的渗透，内层氧化硅层则进一步阻止银向衬底侵入。银在穿透外层后遇内层氧化硅转而横向扩展，形成碗状结构，但未突破内层氧化硅。

选区电子衍射分析表明，双层多晶硅样品仅显示硅的衍射环，而单层样品中同时存在银的衍射环，证实了双层结构阻挡银扩散的有效性。高分辨透射电镜进一步显示，双层结构中的内层多晶硅具有更高的结晶度，降低了晶界密度，有效阻止银渗透；而外层多晶硅的非晶结构提供了可控的银扩散通道，有利于形成欧姆接触。

钝化性能方面，双层多晶硅结构的有效少子寿命从3.54 ms提升至5.87 ms，载流子寿命从22.5 μs提升至25.6 μs。二次离子质谱分析表明，双层多晶硅样品在硅衬底中的氧和磷浓度显著降低，意味着缺陷减少。相应地，隐含开路电压从752 mV提升至757 mV。

双面率优化

背面多晶硅的局部减薄是本研究的另一重要举措。在非金属化区域选择性刻蚀外层多晶硅后，电池在背面光照下的量子效率显著提升。实验显示，将多晶硅厚度从100 nm减至40 nm，背面光照下的短路电流密度增加2.88 mA/cm²。光学仿真表明，多晶硅每减薄10 nm，寄生吸收损失降低约0.40 mA/cm²，硅衬底有效吸收增加约0.32 mA/cm²。最终，电池的双面率从~83.4%提升至~88.3%，对实际双面发电量具有积极意义。

本研究通过双面协同策略显著提升了工业级TOPCon电池的性能，实现了26.66%的认证效率。正面高方阻硼发射极改善了钝化质量，优化的栅线设计减少了输运损失；背面双层多晶硅结构有效阻挡了银扩散，保护了界面钝化，实现了757 mV的隐含开路电压。这些改进共同促成了744.6 mV的开路电压和85.57%的填充因子。背面多晶硅局部减薄将双面率提升至88.3%，降低了寄生吸收，提高了背面光照下的发电量。本研究为缩小工业TOPCon电池与理论极限之间的效率差距提供了有效的技术路径。

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原文参考：Dual-side electrical refinement enables efficient industrial tunnel oxide passivating contact silicon solar cells