光注入退火工藝對TOPCon太陽能電池電性能的影響

光伏TOPCon太陽能電池片作為高效的太陽能電池技術，具有更高的轉換效率和更低的能源成本，受到了廣泛的關注。生產環節技術的發展和規?；a的推動，使TOPCon太陽能電池的成本逐漸降低，未來市場競爭優勢明顯。「美能光伏」緊跟用戶和行業發展需求，提出高效TOPCon電池片研發解決方案，并研發出在線Poly膜厚測試儀，采用領先的微納米薄膜光學測量技術，實現超廣測量范圍20nm-2000nm和0.5nm超高重復性精度，可對樣品進行快速、自動的5點同步掃描。

光注入退火工藝原理

高效的太陽能電池要求在具有良好的界面鈍化情況，盡可能實現一維縱向輸運，使Voc和FF最大化。而鈍化接觸便是實現該功能的途徑之一。鈍化接觸電池的poly-Si與Si基底界面間的氧化硅對鈍化起著非常關鍵的作用，氧化硅通過化學鈍化降低Si基底與poly-Si之間的界面態密度。在重摻poly-Si中，多數載流子濃度遠高于少數載流子，降低電子空穴復合幾率的同時，也增加了電導率形成多數載流子的選擇性接觸。在選擇性接觸區域，多數載流子傳輸導致電阻損失，同時少量少數載流子向金屬接觸區域遷移導致復合損失。前者對應接觸電阻 ρc，而后者則對應界面復合電流 J0。

TOPCon太陽能電池結構

光注入退火爐的工藝流程:自動化上料(電池片)→升溫區(紅外燈管加熱)→光照區(LED燈)→降溫→自動化下料。光注入退火爐工藝步驟:第一步升溫，通過升溫激活氮化硅鈍化膜中的H原子；第二步通過光照控制原子的價態，使其在P+發射極和N型基底與復合中心(缺陷)結合，形成非復合中心。最終實現良好鈍化效果，達到提升Voc與FF的目的。

光注入（氫鈍化）機理

光注入退火工藝對TOPCon電池電性能的影響

用相同效率檔位的電池片，經過光注入退火工藝后，對比各個電性能參數變化情況。

光注入前后Voc和FF的變化

TOPCon電池經過光注入后Voc與FF提升比較明顯，其他電參數均沒有變化。因此，說明經過光注入后氫原子鈍化了晶界與晶面的懸掛鍵，提升了PN結的質量，提高了Voc。進一步分析說明，發射極部分屬硼摻雜區，表面沉積氮化硅膜后，發射區會同時存在硼和氫，氫原子在離硼約0.125nm處的球面上位能具有極小值，氫被束縛在這個球面上自由轉動，形成動態硼-氫復合體。在完整的硅晶體中，單獨的代位硼原子在價帶上面引入一個未填滿的受主能級，而單獨的間隙氫原子則在導帶下面引入一個新的施主能級。當硼和氫同時存在，氫原子處在球面能谷中的情況下，由于之間的相互作用，硼和氫在禁帶中引入的能級分別轉入價帶和導帶，電子填充到價帶頂，硼不再起受主作用，即被鈍化。

LED光照處理時光照強度和峰值溫度對轉換效率的影響

用相同效率檔位電池片，LED 光照時峰值溫度分別設置為200℃ 、260℃、320℃。從圖中可以看出，峰值溫度設定為260℃時，效率提升幅度最大。其機理在于退火(200℃)有助于提高非晶硅的鈍化，源于界面態密度的降低（Si 懸掛鍵），非晶硅薄膜的微結構改變不影響光致增益。

光照時溫度設置為260℃，光照強度分別設置為10%、20%、30%、40%、50%、60%。從圖中可以看出，LED光照強度逐漸增強，效率提升幅度不變。相同加熱溫度條件下，光照強度對效率提升無影響。即使弱光也會產生增益現象，因此效率增益是由于a-Si∶H/c-Si界面復合的降低引起的。

LED光照時不同峰值溫度和光照強度增效對比

POLY層膜厚對轉換效率的影響

采用雙面對稱結構進行測試對比，制作不同poly 厚度對稱結構監測片，光注入退火工藝前后分別測試 i Voc，對比 TOPCon 電池背面鈍化層厚度經過光注入退火工藝后鈍化性能的變化規律。

不同poly厚度對稱結構經光注入前后鈍化性監測

從圖中可以看出，當背面鈍化層poly厚度小于150nm時，經過光注入退火工藝后鈍化性能有損失現象；厚度大于等于150nm時，鈍化性能保持不變。背面鈍化層poly厚度增加，多晶硅層的寄生光吸收會增強，降低了光的利用效率。因此鈍化層poly的厚度需要綜合考慮寄生吸收與鈍化性能兩方面因素。

不同光注入退火工藝對較薄POLY-Si鈍化性能的影響

取厚度相同的poly-Si雙面對稱結構測試片，使用不同光注入退火工藝。驗證不同光注入退火工藝對較薄 poly-Si 厚度電池片鈍化性能的影響。從圖中可以看出，調整光注入退火溫度、光照強度對較薄 poly 鈍化層的鈍化性能無改善。

90nm厚度poly-Si對稱結構不同光注入工藝前后鈍化監測