激光图案化的多晶硅指状电极可降低寄生吸收，提高TOPCon电池效率

近日，扬州大学的研究人员开发了一种激光改性辅助湿法刻蚀工艺，用于制造工业级TOPCon太阳能电池的背面多晶硅指状电极。

实验中所用太阳能电池的示意图

通讯作者Qinqin Wang 表示：“我们的工作提出了一种可制造的多晶硅指状背面图案化策略，该策略结合了皮秒激光改性和精确的氢氧化钾（KOH）湿法刻蚀，旨在提高工业级n型TOPCon太阳能电池的效率。”

研究人员解释说，双面钝化接触太阳能电池存在正面多晶硅层的寄生吸收和栅线阴影损失，限制了效率的提升。背接触（BC）太阳能电池通过在背面放置钝化电极来克服这些问题，消除正面阴影，并接近硅电池的理论效率极限。然而，他们强调，由于背面图案化复杂和金属化对准精度要求高，背接触太阳能电池的制造仍然具有挑战性。

他们还指出，激光加工能够对多晶硅层进行精确的局部改性，为提高TOPCon太阳能电池的性能提供了一种很有前景的方法。部分去除多晶硅可以有效降低寄生吸收损耗，但过度去除可能会破坏表面钝化并阻碍载流子传输。相反，保持连续的多晶硅层虽然能保持优异的电学性能，但会导致因非预期吸收而增加的光损耗。

鉴于此，研究人员提出了一种多晶硅指状结构，该结构通过选择性地保留金属触点下方的多晶硅（以支持高效的载流子收集）并去除非接触区域的多晶硅以最大限度地减少寄生吸收，从而在这些相互矛盾的影响之间实现了有效的平衡。

这种新型多晶硅指状结构首先使用基于氢氧化钾的碱性蚀刻对n型硅片进行织构化处理，形成用于捕获光线的金字塔形表面，然后进行硼掺杂和基于激光的选择性发射极形成。之后对背面进行抛光，并通过低压化学气相沉积（LPCVD）沉积二氧化硅（SiOx）/多晶硅钝化接触层，并进行退火处理以形成掺杂的多晶硅。

随后，使用皮秒绿光激光选择性地去除背面的SiOx/多晶硅区域，接着采用KOH湿法刻蚀在未金属化区域形成多晶硅间隙。在丝网印刷银电极并烧结之前，沉积了前后表面钝化层，从而完成太阳能电池的制备。

通过电学、光学和结构测量对制备的器件进行表征，包括I-V测试、隐含开路电压、饱和电流密度、接触电阻、显微镜分析和反射率测量。这些表征用于评估激光改性和湿法刻蚀对形貌、钝化质量、载流子传输和光学损耗的影响。

分析表明，增加KOH清洗时间可以增加间隙高度并提高均匀性，最佳条件为480秒，此时可获得最佳的开路电压、填充因子和载流子寿命。刻蚀时间过短会导致多晶硅去除不完全和不均匀，而刻蚀时间过长则会导致边缘粗糙化和复合损耗。

研究团队表示，激光能量密度控制了改性深度，从而在有效去除和最小损伤之间实现了最佳平衡。更高的激光能量会增加受影响的深度，但由于残留损伤和载流子传输减少，钝化效果会降低。据报道，优化后的工艺改善了前驱体钝化并降低了复合损失，同时优化的多晶硅去除通过消除非接触式多晶硅吸收提高了短路电流。

在标准光照条件下测试，采用此配置构建的最佳电池实现了26.08%的功率转换效率、746.1 mV的开路电压、14,014 mA的短路电流密度和83.6%的填充因子。该结果已获得德国哈默尔恩太阳能研究所（ISFH）的认证。

“优化的激光重叠率、能量密度和碱蚀刻时间可形成均匀的间隙结构，从而提高隐含的开路电压和短路电流密度，但由于横向载流子传输阻力增大，填充因子略有下降，”Wang解释道。 “我们可扩展的激光辅助背面图案化工艺为高效工业钝化接触硅太阳能电池提供了一种切实可行的解决方案。”

研究人员表示，该分析得到了TCAD和Quokka 3仿真的支持，仿真结果阐明了由间隙宽度决定的光增益和电传输损耗之间的权衡关系。

他们的研究成果发表在期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》上，标题为“Laser-assisted poly-finger rear patterning for efficiency enhancement in industrial n-TOPCon solar cells”。

索比光伏网 https://news.solarbe.com/202607/14/50025887.html