在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，n-TOPCon晶體硅太陽能電池因其優(yōu)異的鈍化接觸結(jié)構(gòu)而成為研究焦點。但其效率受背面形貌影響顯著：背面拋光雖能提升長波長光利用率以提高開路電壓（V?c），卻會減小金屬接觸面積導(dǎo)致填充因子（FF）下降，酸刻蝕等工藝也存在接觸性能或 V?c 短板，且不同背面形貌對電池鈍化、接觸及電性能的調(diào)控機制尚不明確。美能QE 量子效率測試儀可用于精確測量太陽電池的EQE與光譜響應(yīng)，幫助優(yōu)化界面工程和背接觸設(shè)計，從而提升電池的量子效率和整體性能。

本研究采用酸刻蝕（E）、酸刻蝕+ 微織構(gòu)（EM）、堿拋光（P）、堿拋光 + 微織構(gòu)（PM）四種工藝，探究背面形貌的影響，結(jié)果顯示PM2工藝可在維持高V?c 的同時將FF提升至 84.24%，效率達 24.78%，為制造高效率、低銀耗的n-TOPCon電池提供了明確且可行的技術(shù)路徑。

實驗方法

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(a) n-TOPCon太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；(b) 織構(gòu)處理后硅片背面的微觀形貌；(c) 織構(gòu)處理后硅片截面的微觀形貌

化學(xué)清洗工藝核心參數(shù)（體積比 %）

不同背面形貌硅片的質(zhì)量損失與表面積比

電池制備：選用n型CZ硅片（182 × 182 × 0.14 mm33，電阻率0.8 Ω/cm22），雙面堿織構(gòu)形成隨機金字塔（高1.3 ± 0.2 μm）。進行硼擴散形成p++層（方阻137.4 Ω/sq），去除BSG后，分組進行酸蝕刻或堿拋光處理。隨后采用PECVD沉積a-Si（n）/SiOx堆疊，經(jīng)850°C退火形成150 nm poly-Si(n)層。正面沉積20 nm Al2O3與110 nm SiNx作為鈍化與減反射層，最后絲網(wǎng)印刷并共燒完成電池制備。

背面處理分組：E組：酸蝕刻，控制反射率36.0%；P1–P3組：堿拋光，金字塔底邊長分別為6 μm、11 μm、16 μm；EM組：酸蝕刻+微織構(gòu)，反射率29.0%；PM1–PM3組：基于P2進行微織構(gòu)，反射率分別為39.2%、36.1%、33.0%。

背面形貌與光學(xué)性能

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（a-d）酸刻蝕/堿拋光預(yù)處理后硅片背面的 3D 形貌；(e-h) 硅片背面微觀形貌的光學(xué)顯微鏡圖；(i-l) 酸刻蝕/堿拋光+微織構(gòu)預(yù)處理后硅片背面的微觀形貌

堿拋光+微織構(gòu)預(yù)處理后硅片背面的二次電子像

雙面對稱樣品的反射率

形貌特征：酸蝕刻（E）表面呈現(xiàn)圓晶顆粒與盆狀凹坑；堿拋光（P）使金字塔結(jié)構(gòu)趨于平坦、底邊擴大；微織構(gòu)處理（EM, PM）則在上述基礎(chǔ)上，引入了密集的微小金字塔結(jié)構(gòu)（底邊約0.8 μm）。

反射率：微織構(gòu)處理顯著降低了背面反射率，尤其在長波段（>900 nm）。例如，PM3組的反射率最低（26.8%），表明微結(jié)構(gòu)有效增強了光捕獲能力。

隧穿氧化層與摻雜特性

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(a) 隧道氧化層厚度；(b) 各組樣品的背面方塊電阻（R?????）分布

氧化層厚度：酸蝕刻組（E）的隧穿氧化層厚度為1.20 nm，微織構(gòu)使其減薄21%至0.90 nm（EM）。堿拋光則使氧化層增厚（P3組達1.80 nm），而后續(xù)的微織構(gòu)又能將其重新減?。≒M3為1.20 nm）。

方阻與摻雜：氧化層厚度與背面方阻（RsheetRsheet）變化趨勢一致。薄氧化層有利于磷摻雜原子的活化與擴散，從而降低方阻。ECV測試證實，微織構(gòu)引入的粗糙度會降低摻雜峰值濃度。

接觸性能與金屬誘導(dǎo)復(fù)合

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發(fā)射極的電化學(xué)電容電壓曲線：(a) 測試所得曲線；(b) 經(jīng)表面積比擬合所得曲線

不同背面形貌對應(yīng)的 (a) 比接觸電阻率與 (b) 金屬誘導(dǎo)復(fù)合電流密度

ECV曲線關(guān)鍵位置磷濃度（atoms?cm?3）

接觸電阻（ρc）：具有微織構(gòu)的EM組接觸性能最佳（ρc=0.33 mΩ?cm2）。堿拋光組接觸電阻較高，且隨拋光程度加劇而上升（P3組為1.61 mΩ?cm2），但微織構(gòu)處理可顯著改善此問題。

金屬誘導(dǎo)復(fù)合（J0,metal）：接觸電阻與金屬誘導(dǎo)復(fù)合電流密度呈反比關(guān)系。接觸最好的EM組J0,metal最高（78.5 fA/cm2），表明粗糙表面在提升載流子傳輸?shù)耐瑫r，也可能引入更多復(fù)合中心。

電池電性能參數(shù)

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各組樣品的箱線圖：(a) 開路電壓；(b) 短路電流密度；(c) 填充因子；(d) 效率

不同背面形貌 n-TOPCon電池關(guān)鍵電性能參數(shù)

EM組：微織構(gòu)帶來最佳的接觸性能（最高FF），但過薄的氧化層和增加的表面復(fù)合使其V?c和Jsc受損，效率提升有限。

P組：堿拋光提供了平整的表面，有效抑制界面缺陷，從而獲得高V?c和Jsc，但較差的接觸導(dǎo)致FF偏低。P2組取得了最佳平衡，效率為24.73%。

PM組：在拋光基礎(chǔ)上進行微織構(gòu)，成功地在較高V?c和Jsc水平上提升了FF。PM2組實現(xiàn)了最高的轉(zhuǎn)換效率24.78%，凸顯了協(xié)同優(yōu)化的優(yōu)勢。

電流損失分析

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(a) 外量子效率（實線）與光學(xué)反射率（虛線）；(b) 不同背面形貌n-TOPCon太陽電池的電流損失分析

不同背面形貌對應(yīng)的開路電壓、填充因子與效率對比

EQE與電流損失分析表明，在長波段（>750 nm），堿拋光處理的背面形貌具有顯著優(yōu)勢。P3組的前表面逃逸損失和近紅外寄生吸收損失最低，這主要歸因于其優(yōu)異的背面鈍化性能和優(yōu)化的光管理能力。

機理討論與結(jié)論

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背面形貌通過以下多種機制綜合影響電池性能：

接觸面積：改變金屬柵線與硅片的實際接觸面積。

隧穿機制：影響隧穿氧化層的厚度與均勻性，從而改變載流子輸運機制。

摻雜與復(fù)合：影響磷原子的摻雜濃度與分布，并改變表面缺陷態(tài)和懸掛鍵密度，進而調(diào)控載流子復(fù)合。

冶金學(xué)接觸：影響銀漿燒結(jié)過程中的峰值溫度、銀晶粒的形成及歐姆接觸質(zhì)量。

本研究通過系統(tǒng)比較不同背面處理工藝，明確了n-TOPCon電池性能優(yōu)化的關(guān)鍵路徑。結(jié)果表明，背面形貌通過調(diào)控隧穿氧化層厚度（EM組低至0.9 nm）與接觸特性（ρc最低0達0.33 mΩ·cm2），深刻影響鈍化與接觸的平衡。單純酸蝕刻與微織構(gòu)雖改善接觸，卻因復(fù)合增加導(dǎo)致Voc降至701.5 mV；而單純堿拋光雖將Voc提升至710.2 mV，卻因接觸不良限制FF。最終，“堿拋光+微織構(gòu)”的協(xié)同方案（PM2組）在保持高Voc（706.1 mV）的同時，將FF提升至84.24%，實現(xiàn)了24.78%的最高效率，為解決鈍化與接觸的矛盾、推動高效n-TOPCon電池量產(chǎn)提供了明確可行的技術(shù)方向。

美能QE量子效率測試儀

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美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應(yīng)，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優(yōu)勢。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)?/span>雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

美能QE量子效率測試儀通過對n-TOPCon太陽電池的外量子效率（EQE）及光譜響應(yīng)精準測量與分析，為不同背面形貌（酸刻蝕、堿拋光、微織構(gòu)等）對電池長波長光吸收、電流損失及效率調(diào)控機制的研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐，顯著提高了n-TOPCon電池背面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的精準度與高效低銀耗量產(chǎn)方案開發(fā)的效率。

原文參考：Research on electrical properties and mechanism of n-TOPCon solar cells with different rear surface morphologies

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