2020年TOPCon电池技术难点及发展方向分析

TOPCON电池技术分析2020

晶硅电池技术-sw

目录CONTENTS 01Topcon技术介绍02Topcon技术难点03Topcon发展方向04 LPCVD技术分享05 电池技术知识分享

01Topcon技术介绍

采用超薄介质薄膜将金属和半导体隔离，钝化硅片表面，同时薄膜超薄，可实现载

流子的隧穿效应以保证载流子的传导。这种技术被称为钝化接触技术。

起源：

隧穿氧化层钝化接触（ tunnel oxide passivated contact， TOPCon）太阳能电池 ，是 2013 年在第 28 届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池，电池结构图如图1所示.首先在电池背面制备一层 1 ～ 2nm 的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。

1—金属栅线；

2—p+ 发射极；

3—钝化薄膜；

4—coatig：减反射膜；

5—超薄隧穿氧化层

（ SiO2）；

6—金属化；

7—磷掺杂多晶硅层

最高效率（Fraunhfer 25.7）：

隧穿原理

选择性钝化接触技术

允许一种载流子通过；

阻止另一种载流子输运

钝化接触的质量可以由公

式来定义：

选择性参数:S10

接触电阻： ρc

复合参数： J0

热电压(thermal Voltage): Vth 通过S10可以计算电池的极限效率

隧穿原理

选择性钝化接触技术

具有局部针孔的n+型多硅/硅结的简图

隧穿原理

选择性钝化接触技术

TOPCon太阳电池技术具有最高的极限效率

Topcon

隧穿原理

选择性钝化接触技术

•传统的金属接触•钝化接触

不同隧穿层材料对于界面化学钝化及电荷场钝化的特性

02Tocpon技术难点

主要有隧穿层制备，poly及掺杂制备，BRL去除及金属化等。

1.经典topcon技术路线介绍

天合 REC 林洋 中来

1.TOPCON电池对于硅基材料的要求

N型材料的优势：

• N型材料较低的金属杂质敏感度• 不存在硼氧对缺陷• 更高的寿命挑战：

• 硼扩散的高温工艺

• 对氧敏感，产生氧致同心圆缺陷• N型电池片良率较低

2.技术难点-Tunnel

Oxide

STEP 1STEP 2

STEP 3

STEP 4

热氧化法

氧气高温下与硅基底反应；

化学钝化效果好； 厚度均匀性控制难度较高

湿化学法

沸腾的HNO3/H20(68%wt)；

共沸物，反应过程中化学组成基本不变，可长时间使用；

生长厚度具有自限制特点，工艺更好控制

PECVD

钝化效果较差；

厚度均匀性不易控制； 生长速度快

准分子源干氧

（excimer source） 准分子发射波长为172 nm

的单色紫外光；

分解环境大气的分子氧

（O2）。所得氧自由基与

O2之间反应产生O3

2.技术难点-Tunnel Oxide

The characteristic passivation quality parameters as a

function of annealing temperature.

使用三层SiO x薄膜的Pd/SiO x /c-Si样品的截面TEM图像(a) NAOS-SiO

x , (b) PANO-SiO x , and (c) Thermal-SiO x .

Comparison of different types of interfacial oxides on hole-selective

p þ -poly-Si passivated contacts for high-efficiency c-Si solar cells

2.技术难点-Tunnel Oxide

多晶硅隧道膜变厚使得钝化效果变差

*超薄氧化层均匀性及厚度同样重要。

2.技术难点-Polysilicon

生长方式分类

目前市面主要分为：LPCVD方式和

PECVD

优劣对比：

LPCVD沉积速率慢均匀性较好 PECVD沉积速率快均匀性及效果略差

掺杂方式分类

掺杂分为：Dpoly(Doped)和Upoly(undoped)掺杂非晶硅和本征非晶硅

工艺对比：

1.Dpoly掺杂流程，在工艺过程中通入PH3实现原位掺杂，然后退火晶化

2.Upoly先生长非晶硅层，然后利用扩散炉晶化，通入POCl3进行掺杂

优劣对比：

Upoly生长速度快，均匀性较好，但制程需要增加扩散制程进行晶化和扩散 Dpoly生长速率慢，均匀性略差，但工序较短

2.技术难点-Polysilicon

PECVD方式沉积poly-si：起泡问题

2.技术难点-Polysilicon

PECVD方式沉积poly-si：有前途的J0和接触电阻

*对于好的J0，金属，最小厚度为70nm *接触电阻更低，但Jo,pass随着更厚的PECVD 生长的多晶硅层而降低