雙面TOPCon電池（DS-TOPCon）雖具有高開路電壓（>728 mV），但前表面全區域多晶硅poly-Si層導致嚴重光寄生吸收——200nm厚度即可損失>1 mA/cm2電流。傳統方案減薄poly-Si會惡化金屬化接觸，而選區結構（poly-Si僅存于金屬柵線下）可兼顧光學與電學性能。本文解析了一種利用納秒紫外激光氧化技術制備TOPCon太陽能電池前表面選區poly-finger接觸的創新工藝。在優化工藝過程中，我們采用了美能3D共聚焦顯微鏡對表面形貌進行高精度3D成像及缺陷分析，以支持選區結構的開發。

研究方法

Millennial Solar

樣品制備

背結選擇性區域雙面TOPCon太陽能電池示意圖

• 對稱結構：n-poly-Si/SiO?/n-Si/SiO?/n-poly-Si，基材為3 Ω·cm n型CZ硅片（雙面絨面）。
• 隧道氧化層：HNO?溶液（100°C）制備15 ? SiO?。
• 多晶硅沉積：LPCVD生長200 nm n型poly-Si（588°C）。

激光圖案化工藝

激光氧化掩膜與多晶硅刻蝕流程示意圖

本研究提出三階創新流程：

• 激光氧化：355nm納秒激光（≥3W，400mm/s）在TOPCon表面生長1–4nm化學計量SiO?；
• 選擇性蝕刻：KOH溶液（9%/40°C）移除無掩膜區200nmpoly-Si，形成100μm寬poly-Si-fingers；
• 鈍化修復：PECVD沉積70nm SiN?，補償激光損傷并兼容絲網印刷金屬化。

結果與討論

Millennial Solar

光學建模

全面積與選擇性TOPCon的光生電流損失模擬

多晶硅厚度對電流損失的影響：

• 全區域TOPCon：厚度>20 nm時J?c損失>1 mA·cm?2。
• 選擇性TOPCon（100 μm寬指狀區）：200 nm厚時J?c損失僅0.2 mA·cm?2，對厚度變化不敏感（500 nm時損失0.3 mA·cm?2）。

激光氧化機制

(a) 不同激光功率下的O2?峰和(b) Si??峰的XPS圖譜

氧化層特性：XPS證實，激光功率≥3W時生成O2?富集（532eV）、Si??峰偏移（103.5nm）的致密SiO?，符合Deal-Grove熱氧化模型；

KOH蝕刻前后多晶硅薄膜的方塊電阻測量結果

蝕刻選擇性：3W激光后，poly-Si方塊電阻保持~30Ω/□，表明SiO?掩膜抵抗90秒KOH蝕刻；低于3W則掩膜失效。損傷修復與鈍化恢復

激光共聚焦顯微鏡圖像（俯視圖與等距視圖）

激光損傷：功率>3W導致金字塔織構圓化，J?飆升≤2300 fA/cm2；氫鈍化修復：70nm PECVD SiN?沉積后，3W激光下的J?降至43.2 fA/cm2（其中激光面貢獻36.8 fA/cm2），選區poly-fingers區復合僅1.65 fA/cm2（覆蓋率4.48%）。
電池模擬（Quokka 2）

模擬的選擇性前表面雙面TOPCon太陽能電池的電流-電壓特性曲線

模擬的太陽能電池效率隨(a)多晶硅指厚度、(b)指寬度、(c)金屬接觸J0、(d)接觸電阻率的變化

基準效率：24.84%（J?,metal=300 fA·cm?2，接觸電阻2 mΩ·cm2）。關鍵參數敏感性分析：

• 多晶硅厚度（200→500 nm）：效率降低0.05%。
• 指狀寬度（100→200 μm）：效率降低0.2%（V?c↓2.1 mV, J?c↓0.4 mA·cm?2。
• 金屬接觸J?（300→50 fA·cm?2）：效率提升至25%。
• 接觸電阻（每增加2 mΩ·cm2）：FF↓0.5%，效率↓0.2%。

通過Quokka2電池仿真驗證產業化路徑：工藝兼容性：

• 全程兼容絲網印刷產線（含760℃燒結）
• 省去傳統光刻/TMAH刻蝕5道工序，降本幅度≥18%

效率邊界：

當J0,metal≤50 fA/cm2時，效率可達25.0%（初始值24.84%）本文解析了一種利用納秒紫外激光氧化技術制備TOPCon 太陽能電池前表面選區多晶硅（ poly-Si ）接觸的創新工藝。該工藝通過激光誘導生長SiO?掩膜，結合KOH選擇性蝕刻，實現僅保留金屬柵線下方的poly-Si 接觸條，有效解決了傳統雙面TOPCon電池中前表面全區域poly-Si層的光寄生吸收問題。實驗表明，該方案在保持優異鈍化性能的同時，顯著提升光學透過率，為25%+高效電池提供新路徑。

美能3D共聚焦顯微鏡

Millennial Solar

美能3D共聚焦顯微鏡ME-PT3000專用于光伏行業對光伏基板表面的柵線及絨面進行質量檢測的光學儀器。對光伏基板上的柵線的深度與寬度、絨面上的金字塔數量進行定量檢測，以反饋光伏基板的工藝質量。

• 精確可靠的3D測量，實現實時共聚焦顯微圖像

• 超高共聚焦鏡頭，Z軸顯示分辨率可達1nm

• 高精度、高重復性

全自動光柵絨面測量，快速生成數據

美能3D共聚焦顯微鏡在整個工藝中用于表面柵線和絨面的亞微米級檢測，確保了光學性能的可控優化。

原文參考：Novel Process for Screen-Printed Selective Area Front Polysilicon Contacts for TOPCon Cells Using Laser Oxidation

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