隧穿氧化层钝化背接触（TBC）电池兼具优异钝化、高载流子选择性与出色光学性能，但金属化对银的高度依赖给降本与太瓦级制造带来压力。美能微结构四探针在上一代四探针基础上完成全面进阶：加装显微成像与智能识别模块，让探针先看清 N/P 分区、再精准落针，为BC密栅工艺的高精度方阻表征提供了强有力的支持。

本文提出一套双极性铝接触工程策略，通过极性依赖的l/多晶硅界面反应控制实现无银背接触电池。借助专用铝浆与优化的烧结条件，n型与p型多晶硅上都获得约 0.1–0.3 mΩ·cm² 的低接触电阻率与有竞争力的接触复合电流密度。界面表征显示反应强烈依赖极性：n 型局部交互受抑，p 型蚀刻与 Al-p⁺ 形成更显著。基于实验参数的器件仿真表明，局部铝接触的无银背接触电池效率潜力接近 26%。

实验方法

(a)面积加权LCO图形设计(b) H型丝网图形设计(c)全幅面丝网图形设计(d)金属化烧结配方(e)实验流程图(f)带局部或全幅面铝接触的成品寿命样品示意图

测试使用两类对称的多晶硅/SiOx 钝化接触寿命样品：200 nm磷掺杂 n 型多晶硅层（峰值掺杂 1 × 10²¹ cm⁻³）与 300 nm 硼掺杂 p 型多晶硅层（峰值掺杂 4 × 10¹⁹ cm⁻³），两者均带约 1.5 nm SiOx 界面层，表面覆盖 5 nm AlOx 与 90 nm SiNx 叠层。样品分两组：Group 1 提取接触参数，Group 2 研究接触机理，两组都只在单面形成接触。

Group 1 先用飞秒紫外脉冲激光（波长 257 nm，脉宽 203 fs，重复频率 100 kHz）做激光接触开孔（LCO），局部去除 AlOx/SiNx 层。J0,metal 用面积加权法提取，在八个 40 × 40 mm² 阵列上以恒定 LCO 点尺寸与变化点间距实现。随后用专用非烧穿铝浆按 H 型丝网图形印刷，200 °C 烘干 2 min，在网带炉中烧结。Group 2 先用 4.9 wt% HF 去除 AlOx/SiNx 层，再以全幅面丝网图形印刷铝浆，峰值烧结温度设为 680 °C、700 °C、720 °C（低、中、高烧结），之后用 37 wt% HCl 完全去除铝接触。

飞秒紫外激光选择性去除介质层

(a) 两个 LCO 点的光学显微镜图像，点间距 60 μm；(b) n 型多晶硅寿命样品在 LCO 过程前后的 iVoc 校准光致发光（photoluminescence，PL）图像，黑色虚线框标出八个 LCO 目标阵列；(c) 单个 LCO 点的原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）形貌，以及跨 LCO 区域的高度剖面，给出 LCO 深度；(d) n 型与 p 型多晶硅层在 LCO 过程前后的 Raman 光谱

LCO 需精确控制以减少激光损伤、保住钝化质量。257 nm飞秒紫外激光的深紫外光子能量约 4.8 eV，在多晶硅中光吸收深度极浅，因而能选择性直接去除 AlOx/SiNx 层，同时限制能量向下层渗透。两类样品 LCO 后都未出现明显钝化退化，iVoc 校准的光致发光图像显示 LCO 区与对照区 iVoc 相当。原子力显微镜给出约 100 nm 的 LCO 深度，与介质叠层总厚度相当，说明介质层被有效去除而对下层多晶硅烧蚀有限。LCO 点周围的隆起边缘源于光束的高斯能量分布，局限于点边缘，不影响结论。Raman 光谱主峰位于约 520 cm⁻¹，LCO 前后无可测位移；n 型谱线左肩略宽，提示结晶度轻微下降但样品差异无法排除；所有谱线均未出现约 480 cm⁻¹ 的非晶硅特征。

烧结优化实现局部铝接触

不同烧结条件下TBC电池中n型与p型接触的铝接触 (a) 接触复合电流密度与 (b) 接触电阻率

前期工作中 120 nm n 型多晶硅上的铝接触 J0,metal 约 41,000 fA/cm²，很可能因铝穿透较薄的多晶硅层；增厚多晶硅可让钝化结构在反应后保有更多完整部分，而 TBC 电池的多晶硅层通常厚于 200 nm，因而有望支持更低 J0,metal。在 200 nm n 型与 300 nm p 型多晶硅上以 20 °C 步进评估 680–740 °C，700 °C 为两极性最优共烧温度。该温度下两极性 J0,metal 落入 10³–10⁴ fA/cm² 区间，最佳值约 2,500 fA/cm²（n 型）与约 2,400 fA/cm²（p 型），接触电阻率分别为 0.3 与 0.1 mΩ·cm²。680 °C 下接触形成不足使电阻率升高，n 型尤为明显；720 °C 及以上两极性 J0,metal 都上升。铝接触复合虽高于银接触，但接触面积分数由银的约 3% 降至约 0.1%，约 30 倍降幅预期可在器件层面抵消劣势。

(a) LCO区域局部铝接触的截面扫描电子显微镜图像，附局部形成的Al/n型多晶硅界面的高倍视图；(b) n型与 (c) p型多晶硅上去除铝之后的局部铝接触，从左至右依次为HF浸渍前后的光学显微镜图像，以及HF浸渍前的俯视SEM图像

截面扫描电子显微镜未观察到连续深铝尖刺穿过 n 型多晶硅，铝颗粒形成局部接触而下层多晶硅基本保持形貌，说明铝不易穿透整层破坏 SiOx，表面钝化得以保留。n 型接触在 LCO 区内只有孤立蚀刻坑，p 型蚀刻坑密度明显更高、界面反应更充分、有效电接触面积更大，与其更低的接触电阻率相符。

全幅面铝接触的微观与界面表征

低、中、高烧结条件下形成的 Al/n-poly 与 Al/p-poly 接触界面的 AFM 表面形貌图像（a–f）与 ECV掺杂剖面（i–j），均在去除铝浆后表征。(g) 与 (h) 分别给出初始 n 型与 p 型多晶硅层的 ECV 掺杂剖面

全幅面接触下，原子力显微镜与 ECV 表征显示两极性反应都随烧结温度增强，但响应方式不同。Al/n-poly 界面在低、中烧结下只发生有限消耗，高烧结下才出现 Al-p⁺ 区与极性反转；形貌上始终是孤立蚀刻坑，密度与深度随温度渐增，高温下反应在空间上仍不连续。Al/p-poly 界面从低烧结起就大量消耗，蚀刻区随温度扩展并合并，最终覆盖界面大部分，蚀刻特征也更深更宽。ECV 剖面给出定量演化：n 型多晶硅活性峰值掺杂由约 1 × 10²¹ 降至约 2 × 10²⁰ cm⁻³，反映掺杂补偿，高温下界面附近极性反转、形成局部 p-n 结，会削弱载流子选择性，应谨慎避免；p 型多晶硅层低烧结后厚度即降至约 60 nm，Al-p⁺ 区随温度由约 210 nm 生长到约 480 nm，虽降低活性掺杂与钝化质量，但远浅于标准铝背场结构报道的 3–5 μm。

温度超过 Al-Si 共晶点约 577 °C 后常规铝浆会迅速与硅合金化；专用浆料中的 Al-Si 合金颗粒延迟液相形成，两极性反应因而都受限制。n 型界面即使反应已启动，铝诱导的 p 型掺杂剂在低、中烧结下仍不足以补偿主导的 n 型掺杂，只有高烧结下才出现清晰 p 型区；p 型界面处于 p 型环境，无需克服反向掺杂势垒，反应更强、Al-p⁺ 形成更早。

极性依赖的界面反应机理

Al/多晶硅界面反应示意图：(a) n 型多晶硅(b) p 型多晶硅

作者明确说明该解释属于推测，机理研究仍在进行。掺杂环境上，铝在硅中作为 p 型掺杂剂，Al/p-poly 界面不存在反向掺杂势垒，有效反应阈值降低，中烧结温度下即可明显合金化并形成 Al-p⁺ 区；Al/n-poly 界面电子富集，可能抑制反应，铝诱导的 p 型掺杂剂还须先补偿 n 型背景才能局部反转，反应阈值因此抬高。微结构上，p 型多晶硅的 Raman 峰比 n 型略宽，铝沿晶界扩散的差异也可能促成更强反应，但掺杂环境作用可能更主要。p 型接触低烧结下就可能快速消耗 p 型多晶硅层，或需进一步优化浆料配方。

无银TBC电池数值仿真

(a)背面铝TBC电池效率随p型与n型J0,metal变化的仿真路线图(b)对应的最大效率下的最优LCO点间距

解析选择性模型给出，银接触在 n⁺/p⁺ 多晶硅上的 J0,e/J0,h 为 20/50 fA/cm²，接触电阻率为 0.7/1.5 mΩ·cm²，合计选择性 14.2，对应理论效率 28.7%；铝接触为 2,500/2,400 fA/cm²、0.3/0.1 mΩ·cm²，选择性 13.1，理论效率 27.5%。铝接触电阻率更低，复合损失却显著更高，载流子选择性因此更弱，效率潜力主要由接触复合而非接触电阻率决定。

器件级仿真以已报道的 TBC 电池为基线，仅把背接触由银改为铝。最高效率情形下局部接触图形为直径 10 μm 圆点，间距在 n 型区域为 95 μm、p 型区域为 148 μm。银接触电池的仿真结果为效率 26.80%、开路电压 744.0 mV、填充因子 85.13%、短路电流密度 42.31 mA/cm²；换成铝接触后降为 25.89%、739.6 mV、82.75%、42.30 mA/cm²，开路电压与填充因子下降而短路电流密度基本不变。性能差距主要来自铝接触更高的接触复合，以及局部接触设计引入的额外串联电阻损失。

固定接触电阻率独立扫描两极性 J0,metal（10–15,000 fA/cm²），针对每组组合优化 LCO 点间距，得到效率路线图。当前参数点位于约 25.9%，低于参考电池约 26.8%。要接近参考效率，须在不牺牲低电阻率的前提下把两极性 J0,metal 从约 2,400–2,500 fA/cm² 降至约 400–500 fA/cm² 以下。最优间距随 J0,metal 下降而变小：当前复合水平下需较大间距限制接触面积，复合充分压制后更密的接触图形才可行；这一填充因子与开路电压的取舍说明未来浆料与工艺开发需协同优化接触复合与接触几何。

本研究精确的 LCO 控制与烧结条件优化证实了丝网印刷铝接触用于 TBC 电池可行，最低 J0,metal 明显低于工业 n-TOPCon 电池的报道值。界面与电学表征揭示 Al/多晶硅交互行为存在强极性依赖：n 型界面反应受抑且局限，p 型蚀刻更充分、Al-p⁺ 形成更显著，可能与掺杂环境和多晶硅微结构差异有关。器件仿真表明该方案可获得效率潜力约 26% 的无银 TBC 电池，接近参考电池约 27%。J0,metal 仍是主要限制因素，在铝接触成为银的可行替代前仍需大幅降低，且须在保持低接触电阻率的同时对两极性同时实现。后续工作将聚焦浆料工程、界面阻挡层与激光增强接触优化，以改善接触质量。

美能微结构四探针

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美能微结构四探针在上一代四探针基础上完成全面进阶：加装显微成像与智能识别模块，让探针先看清 N/P 分区、再精准落针，为 BC 密栅工艺的高精度方阻表征提供了强有力的支持。

ü 分区识别：复合光源 + 灰值度对比算法，N 区宽度 0.8 mm 量级仍可清晰分辨 N/P 边界

ü 落针精度：像素坐标→机械坐标实时联动，标定板 + 坐标补偿算法，探针自动对准目标区中心

ü 路线兼容：覆盖 HPBC / ABC / TBC / HBC 全 BC 家族，IBC 平台共通，一套算法多线复用

ü 加装方式：改造式升级，不动测量核心，显微相机 + 光源 + 工控 + 识别算法独立加装

美能微结构四探针不仅是方阻测试设备，更是BC电池分区级工艺监控的高效数据平台。

原文参考：Toward silver-free back contact silicon solar cells: Dual-polarity screen-printed aluminum contacts on poly-Si/SiOX passivated contacts

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