光注入退火工艺对TOPCon太阳能电池电性能的影响

光伏TOPCon太阳能电池片作为高效的太阳能电池技术，具有更高的转换效率和更低的能源成本，受到了广泛的关注。生产环节技术的发展和规模化生产的推动，使TOPCon太阳能电池的成本逐渐降低，未来市场竞争优势明显。「美能光伏」紧跟用户和行业发展需求，提出高效TOPCon电池片研发解决方案，并研发出在线Poly膜厚测试仪，采用领先的微纳米薄膜光学测量技术，实现超广测量范围20nm-2000nm和0.5nm超高重复性精度，可对样品进行快速、自动的5点同步扫描。

光注入退火工艺原理

高效的太阳能电池要求在具有良好的界面钝化情况，尽可能实现一维纵向输运，使Voc和FF最大化。而钝化接触便是实现该功能的途径之一。钝化接触电池的poly-Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用，氧化硅通过化学钝化降低Si基底与poly-Si之间的界面态密度。在重掺poly-Si中，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域，多数载流子传输导致电阻损失，同时少量少数载流子向金属接触区域迁移导致复合损失。前者对应接触电阻 ρc，而后者则对应界面复合电流 J0。

TOPCon太阳能电池结构

光注入退火炉的工艺流程:自动化上料(电池片)→升温区(红外灯管加热)→光照区(LED灯)→降温→自动化下料。光注入退火炉工艺步骤:第一步升温，通过升温激活氮化硅钝化膜中的H原子；第二步通过光照控制原子的价态，使其在P+发射极和N型基底与复合中心(缺陷)结合，形成非复合中心。最终实现良好钝化效果，达到提升Voc与FF的目的。

光注入（氢钝化）机理

光注入退火工艺对TOPCon电池电性能的影响

用相同效率档位的电池片，经过光注入退火工艺后，对比各个电性能参数变化情况。

光注入前后Voc和FF的变化

TOPCon电池经过光注入后Voc与FF提升比较明显，其他电参数均没有变化。因此，说明经过光注入后氢原子钝化了晶界与晶面的悬挂键，提升了PN结的质量，提高了Voc。进一步分析说明，发射极部分属硼掺杂区，表面沉积氮化硅膜后，发射区会同时存在硼和氢，氢原子在离硼约0.125nm处的球面上位能具有极小值，氢被束缚在这个球面上自由转动，形成动态硼-氢复合体。在完整的硅晶体中，单独的代位硼原子在价带上面引入一个未填满的受主能级，而单独的间隙氢原子则在导带下面引入一个新的施主能级。当硼和氢同时存在，氢原子处在球面能谷中的情况下，由于之间的相互作用，硼和氢在禁带中引入的能级分别转入价带和导带，电子填充到价带顶，硼不再起受主作用，即被钝化。

LED光照处理时光照强度和峰值温度对转换效率的影响

用相同效率档位电池片，LED 光照时峰值温度分别设置为200℃ 、260℃、320℃。从图中可以看出，峰值温度设定为260℃时，效率提升幅度最大。其机理在于退火(200℃)有助于提高非晶硅的钝化，源于界面态密度的降低（Si 悬挂键），非晶硅薄膜的微结构改变不影响光致增益。

光照时温度设置为260℃，光照强度分别设置为10%、20%、30%、40%、50%、60%。从图中可以看出，LED光照强度逐渐增强，效率提升幅度不变。相同加热温度条件下，光照强度对效率提升无影响。即使弱光也会产生增益现象，因此效率增益是由于a-Si∶H/c-Si界面复合的降低引起的。

LED光照时不同峰值温度和光照强度增效对比

POLY层膜厚对转换效率的影响

采用双面对称结构进行测试对比，制作不同poly 厚度对称结构监测片，光注入退火工艺前后分别测试 i Voc，对比 TOPCon 电池背面钝化层厚度经过光注入退火工艺后钝化性能的变化规律。

不同poly厚度对称结构经光注入前后钝化性监测

从图中可以看出，当背面钝化层poly厚度小于150nm时，经过光注入退火工艺后钝化性能有损失现象；厚度大于等于150nm时，钝化性能保持不变。背面钝化层poly厚度增加，多晶硅层的寄生光吸收会增强，降低了光的利用效率。因此钝化层poly的厚度需要综合考虑寄生吸收与钝化性能两方面因素。

不同光注入退火工艺对较薄POLY-Si钝化性能的影响

取厚度相同的poly-Si双面对称结构测试片，使用不同光注入退火工艺。验证不同光注入退火工艺对较薄 poly-Si 厚度电池片钝化性能的影响。从图中可以看出，调整光注入退火温度、光照强度对较薄 poly 钝化层的钝化性能无改善。

90nm厚度poly-Si对称结构不同光注入工艺前后钝化监测