【仪表网 研发快讯】隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)太阳电池作为新一代高效晶体硅电池的主流技术，其实验室效率已超过26.5%，截至2024年，TOPCon太阳电池的装机容量超过1000 GW，预计未来几年将继续扩张。在光伏技术迭代的关键窗口期，基于TOPCon的背结(TBJ)及全背接触(TBC)电池因其大于27.5%的理论极限效率备受关注。然而，p型TOPCon结构受限于硼扩散诱导的界面缺陷和钝化性能不足，其隐含开路电压(iVoc)长期停滞在730 mV水平，严重制约了新一代高效电池结构发展，这一瓶颈的突破被视为行业技术升级的关键路径。
针对这一瓶颈，中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，基于前期在TOPCon电池领域的积累，创新性地提出基于两步氧化法(TSO)的氧化硅制备方法，成功制备出高性能硼掺杂多晶硅钝化接触，为高钝化p型TOPCon的制备和产业化应用提供了新路径。
该团队通过低温热氧化结合N2O/H2等离子体处理的创新工艺，在硅基底预生长超薄SiOx保护层，有效抑制了等离子体离子轰击导致的界面缺陷，同时通过氧化-刻蚀协同作用优化SiOx化学键合，显著提升了钝化性能。实验表明，双面对称p型TOPCon结构的隐含开路电压(iVoc)达740 mV，单面复合电流密度(J0,s)低至4.0 fA/cm2，为目前公开报道的最高值；其接触电阻率(ρc)为22 mΩ•cm2，选择性因子达14.5，兼具优异的载流子传输能力。技术原理分析显示，两步氧化法通过抑制硼过度扩散、降低界面态密度，并利用氢原子富集效应钝化悬挂键，能显著减少复合损失。在半成品背结电池验证中，该技术制备的电池iVoc达744 mV、总复合电流密度为6.8 fA/cm2，为高效器件开发奠定了基础。
另一方面，该技术的低温热氧化工艺(400℃)与现有石墨舟产线高度兼容，同时通过等离子体处理能同步提升SiOx氧化质量与氢钝化能力，为TOPCon技术降本增效提供了新路径。其应用不仅可推动p型TOPCon在TBJ及TBC电池中的突破，还可拓展至钙钛矿/硅叠层电池的底电池设计，助力开路电压提升。
相关成果以“Boron-Doped Polysilicon Passivating Contacts Achieving a Single-Sided J0 of 4.0 fA/cm2 Through a Two-Step Oxidation Process”为题发表于光伏领域学术期刊Progress in Photovoltaics: Research and Applications
宁波材料所2021级课题生欧亚梨为第一作者，杨阵海副教授、曾俞衡研究员、叶继春研究员为通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金(61974178、61874177)、宁波市“创新2025”重大专项(2022Z114、2020Z098)、辽宁省2021年度科技项目(2021JHI/10400104)、宁波国际科技合作计划(2024H028)、浙江省重点研发计划(2021C01006、2024C01055)等的支持。
图1 基于两步氧化法的p型TOPCon结构制备流程图
基于两步氧化法的p型TOPCon结构钝化性能
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