TOPCon，能挑起N型重任？

摘要：本文主要研究可应用于规模化生产的TOPCon(TunnelOxidePassivatedContact)电池技术，该技术既可以改善电池表面钝化又可以促进多数载流子传输，进而提升电池的开路电压和填充因子。目前，英利在Panda电池基础上引入TOPCon技术，电池效率可以达到21.6%，开路电压达到676mV，填充因子达到80%。开路电压和填充因子仍存在很大的提升空间，Panda-TOPCon双面电池技术将极大的降低N型电池的单瓦成本，提升其竞争力。

1研究背景与内容

随着硅片质量的提升，晶硅电池表面复合已经成为制约其效率的主要因素，表面钝化技术尤为重要。TOPCon作为一种新型钝化技术已经成为研究热点，该技术是在电池表面生长一层超薄的可隧穿的氧化层和一层高掺杂的多晶硅层，氧化层的钝化作用和高掺杂多晶硅层的场钝化作用可以极大地降低少子复合速率，同时高掺杂的多晶硅层对于多子来说具有良好的传导性，因而TOPCon电池具有高的开路电压和填充因子。2015年FraunfhoferISE采用N型区熔硅片，正面采用金字塔制绒，硼扩散，氧化铝加氮化硅叠层膜起钝化和减反作用，背面采用TOPCon技术，正反面金属化均采用蒸镀Ti/Pd/Ag叠层结构，该电池效率达到24.9%[2-4]。目前，TOPCon技术仍处于实验室研发阶段，英利率先将该技术应用于N型电池产线，制备出效率大于21.5%的高效率低成本的Panda-TOPCon双面电池。

2电池结构

Panda-TOPCon电池是在常规Panda电池的基础上引入隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层，如图1所示。电池采用直拉法N型单晶硅片，正面依次为硼扩散发射极，氧化硅/氮化硅钝化减反射层和金属电极;背面依次为隧穿氧化层，掺杂多晶硅层，氮化硅钝化减反射层和金属电极。

3研究结果与讨论

3.1 SiOx/polySi钝化性能研究

取156cm×156cm的N型Cz硅片，分别进行双面硼扩散(B|B)对称结构，双面SiOx/polySi(P|P)对称结构，正面硼扩散+背面SiOx/polySi(B|P)非对称结构。之后，将这三种样品同时进行双面氮化硅膜沉积和烧结处理。使用Sinton测试仪测量这三种样品的ImpliedVoc(mV)，测试结果如图2所示。

从图2可以看出双面SiOx/polySi钝化后ImpliedVoc可以达到700mV以上，即使是B|P结构，ImpliedVoc也在680mV以上，都明显高于常规B|B结构的ImpliedVoc值，可见SiOx/polySi层可以起到良好的钝化效果。

3.2 SiOx/polySi对电池电性能影响

为进一步验证SiOx/polySi对电池电性能影响，将60片N型Cz硅片均分为三组，G1为常规Panda电池，G2和G3均为TOPCon电池，二者的主要区别为polySi厚度不同。从图3中可以很清楚的看到TOPCon结构电池开压高达660mV，最高达到了667mV，比Panda电池高15mV，同时电流增益也达到150mA，虽然FF降低了1.5%，但Eff整体有明显的提升。

3.3 背面掺杂性能对FF的影响研究

为了研究polySi中掺杂浓度和BSF尾巴的深浅对电池电性能影响，将150片N型Cz硅片均分为三组，分别对polySi层进行低(L)，中(M)，高(H)三种不同剂量的掺杂，图4为掺杂后的ECV图，三种不同剂量对应的方阻分别为52Ω/□，43Ω/□和22Ω/□，并且磷离子分布深度逐渐增加。

表1中列出了3种不同掺杂浓度对应的电池参数。从表1中可以看出随着polySi层掺杂浓度的增加，电池填充因子略有提升，但在掺杂深度达到一定程度以后，开压和电流出现大幅度的降低，这主要是由于高的掺杂浓度会影响隧穿氧化层的钝化效果。

3.4 SiOx/polySi层优化

目前Panda-TOPCon电池仍在工艺优化过程中，通过调整工艺参数，SiOx层和polySi层采用不同的厚度进行搭配，表2中列出了四种不同厚度搭配对应的电池参数。

从表2可以看出SiOx层与polySi层采用不同的厚度搭配对电池效率的影响不大，可见该工艺有较宽的工艺窗口。另一方面，A2组对应着较高的填充因子，这也给出了提升填充因子的方向。同时，在此次实验中获得了最高21.6%的转换效率，开压最高达到了678mV，图5展示了该电池片的I-V图。

4结论

本文研究了可以规模化生产的N型Panda-TOPCon电池技术，在英利熊猫产线制备出转化效率超过21.5%的大尺寸TOPCon电池。研究发现：

1)SiOx/polySi结构具有显著的钝化效果;

2)polySi的掺杂浓度对FF影响不大，但是高的掺杂浓度会降低电池开压;

3)SiOx/polySi的膜层结构对电池填充因子有一定影响。