不同厚度的Poly层对n-TOPCon太阳能电池的效率影响

2024年，提高n-TOPCon太阳能电池的转换效率仍然是一个热门话题。作为中国光伏检测设备的领军企业，「美能光伏」在持续关注行业技术发展。为应对提升转换效率中的难题，美能提出高效TOPCon电池片研发解决方案，并提供相应的研发设备。其中在线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。接下来，将给大家展示不同Poly膜厚对电池的性能效率影响。

 

解决“提升效率”难题

 

 

薄化Poly层是关键

对于TOPCon电池来说，基于 24.8%的电池转换效率，主要影响效率的因素由大到小：1.正面复合损失，2.光学损失，3.正面传输损失，4.体复合损失，5.背面传输损失，6.背面复合损失。由此可见，TOPCon电池目前的主要效率缺口来自前表面。原因在于：

TOPCon 电池背表面由SiO2、Poly层组成钝化接触结构，而前表面仅由Al2O3层钝化，使用烧穿型浆料，仍存在金属-硅基体直接接触

由于硼扩掺杂浓度低，为了实现更好的接触，正面细栅从银浆转变为银铝浆。为达到同样的导电效果，栅线宽度大于银浆。

为了解决TOPCon电池正表面的效率损失，终极方案是在正面也做成SiO2+Poly层的钝化接触结构。但P型TOPCon层的钝化能力本身就弱于N型TOPCon层，且前表面多晶硅会造成强烈的光学吸收。因此，目前多考虑局部Poly层，即在正表面电极下方做一小部分SiO2、Poly层，但应用层面难度较大。

在当前25%的效率基础上，可以通过无损SE技术、薄Poly等优化工艺将TOPCon电池效率提升至26%。

针对TOPCon背面电镀和丝网印刷

不同Poly膜厚对性能的影响

下面将针对TOPCon背面的电镀和丝网印刷金属化，研究Poly膜厚厚度降至30nm对太阳能电池性能的影响。

 

 

 

TOPCon太阳能电池的Poly层厚度分别为30,50,70和90nm，在反向电压(- 12 V)下拍摄的热成像图像。

 

上图显示了所有Poly膜厚(30-90nm)的太阳能电池在-12V反向偏置电压下的热成像图像。对于具有90nm厚的Poly层的样品，几乎整个太阳能电池边缘显示出显着的温度升高。随着多晶硅厚度的减小，边缘比例和温度升高时的亮度也减小，从而降低了热点的危险性和严重程度。对于具有30nm厚的Poly层的样品，一小部分边缘是热可见的，而较大的部分仍然是不活跃的。

 

 

 

不同Poly膜厚的IQE和反射率曲线图

 

（电镀所有厚度(30,50,70,90nm)都显示；丝网印刷仅显示30和70nm厚度的结果）上图显示了在800-1200nm波长范围内，电镀和丝网印刷太阳能电池的内部量子效率（IQE）和反射率测量值与Poly膜厚的函数关系。波长为800nm时，IQE曲线开始相互偏离，直到波长为1100纳米左右时才再次合并。对于这两种金属化方法，可以看到相同的趋势，即随着Poly膜厚的减少，在上述波长范围内的IQE会降低。

Poly膜厚为90nm的采用电镀金属化工艺的样品显示出最高的IQE曲线。

Poly膜厚为70nm的丝网印刷样品的IQE曲线与Poly膜厚为30nm的电镀样品的IQE曲线几乎相同。

Poly膜厚为30nm的丝网印刷样品的IQE曲线最低。

 

下表显示了与采用90nm厚的Poly层和电镀触点作为参考值的电池相比的平均Jsc损失。接触重组增加，100nm以下的Poly层对激光烧蚀的敏感性仍然低于丝网印刷金属化。

结论

通过PECVD进行单面沉积会导致Poly层环绕到正面。这种寄生电流路径可能会对太阳能电池进行分流，导致降低分流电阻。通过将量子效率结果与热成像和扫描电镜微特征相结合，确定了Poly环绕是产生热点的原因。将沉积的Poly厚度从90nm减少到30nm，可以减小环绕的影响，从而改善Rsh和Irev。除了缩短沉积时间外，这种方法还能降低FCA，提高太阳能电池的双面系数。

 

在线Poly膜厚测试仪

 

 

 

美能Poly5000在线膜厚测试仪是专为光伏工艺监控设计，可以对样品进行快速、自动的5点同步扫描，获得样品不同位置的膜厚分布信息，可根据客户样品大小定制测量尺寸。

 

 

• 有效光谱范围320nm~2400nm

 

• 快速、自动的5点同步扫描

 

• 重复性精度＜0.5nm

 

• 超广测量范围20nm~2000nm

 

• 在线监控检测实现零碎片率
• 实现全程产线自动化检测、大大节约检测时间

当前，光伏技术从P型往N型升级切换带来了全产业链变革。在N型高效电池技术产业化中，n-TOPCon电池因为现阶段更具成本竞争力和量产优势，产能落地速度超出预期，不断提升转换效率将在n-TOPCon电池产业化中成为一项“难题”。在这一过程中，「美能光伏」致力于帮助客户在电池薄膜厚度、正面金属化、背面金属化等技术上不断创新优化，实现>25% n-TOPCon电池量产转换效率。