金属化后进行边缘钝化技术PET：减少硅太阳能电池分切损失，提升组件效率

 

硅基太阳能电池分切过程（如叠瓦、半片电池）会暴露高活性切割边缘，诱发载流子复合，导致pFF降低。传统解决方案需改造预金属化工艺，工业兼容性低且成本高。本文提出一种金属化后钝化边缘技术（PET），通过热原子层沉积（ALD）精确调控AlOₓ膜厚（7/14 nm）结合低温退火，实现高效边缘钝化。该技术结合美能在线薄膜厚度测试仪在线实时监控膜厚，确保钝化层厚度一致性以优化长期稳定性，最终助力双面PERC叠瓦电池达成23.5 mW/cm²高功率密度输出。

PET技术与电池表征

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(a)：双面pSPEER太阳能电池截面示意图(b)：PET处理后电池截面

pSPEERᴾᴱᵀ技术原理

边缘钝化机制：分切边缘原生SiO₂ → AlOₓ全包覆（7/14 nm）抑制复合

ALD工艺优势：
• 保形沉积→三维边缘全覆盖
• 高负固定电荷密度（~10¹³ cm⁻²）→场效应排斥载流子          
• 光透过率>98%（d<15 nm，OPTOS光学模拟）

电池制备流程

pSPEERᴾᴱᵀ电池制备工艺流程

(a)工业6英寸PERC前驱体；(b)可分离6片电池的金属化晶圆；(c)激光分离后电池（22×148 mm）

• 基底：工业6英寸Ga掺杂p型Cz-Si PERC前驱体。  

• 金属化：丝网印刷银主栅、铝背场及正面银栅，快速烧结。  

• 切割：TLS（全程激光热裂切）或LSMC（激光刻划+机械断裂）

• PET处理：ALD沉积AlOₓ → 热板退火

(a)LSMC分离边缘（1/3区域粗糙）；(b)TLS分离边缘（整体光滑）

边缘钝化实验

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PET对分离电池影响的实验流程

实验设计

• 步骤：SunsVOC测量（宿主晶圆→切割态→沉积态→退火态）。  

• 控制组：无AlOₓ涂层，仅退火。  

SunsVOC与IV特性表征

(a)晶圆SunsVOC测量接触点；(b)分离电池同位置测量

通过SunsVOC测量评估分离与钝化工艺对电池性能的影响。测量在1000 W/m²光照下进行，重点关注pFF与开路电压（VOC）变化。分离前后同一位置测量以排除局部不均匀性。IV测试在标准条件下分别测试正反两面，考虑无汇流条区域的指定面积电流密度。

PET实验方案
对比LSMC与TLS分离工艺对pFF的影响。TLS分离后6小时或19小时沉积AlOₓ（厚度7 nm或14 nm），研究等待时间对钝化效果的影响。退火温度设为<225°C。通过QSSPC测量少数载流子寿命τeff。

钝化层性能验证
 

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AlOₓ沉积过程中电池堆叠示意图

AlOₓ沉积过程

• 分离后电池（LSMC/TLS工艺）在空气中暴露 6-19 小时，暴露期间形成原生 SiO₂；

• 反应器装载：电池正面朝上放置，高度垫片置于电池之间；

• 厚度验证：通过在线膜厚仪实时监控厚度，目标厚度d1=7nm 和 d2=14 nm。

AlOₓ沉积/退火后的载流子寿命

AlOₓ退火后，τeff=432 μs（Δn=10¹⁵ cm⁻³），对应Seff=22 cm/s，表明当前工艺可实现低边缘复合速度。

SunsVOC结果

SunsVoc测量的pFF变化

PET效果：LSMC与TLS分离均导致pFF下降−1.2%。

沉积AlOₓ后

• TLS分离电池pFF提升+0.4%，退火后进一步提升至+0.7%；

• LSMC分离电池仅提升+0.3%。

PET后pFF稳定性（14 nm AlOₓ无衰减）

稳定性：14 nm AlOₓ钝化层表现出长期稳定性（167小时内pFF稳定），可能与致密氧化层生长有关。

IV测试性能

TLS+PET与LSMC电池IV性能对比

• TLS+PET最佳电池：正面效率ηf=22.1%，输出功率密度pout = 23.5mW/cm²（含10%背面辐照）。  

• 较LSMC无钝化电池：Δpout= +0.4mW/cm²。  

本文提出的后金属化钝化边缘技术（PET）通过低温ALD沉积氧化铝并退火，有效抑制了叠瓦太阳能电池的边缘复合。TLS分离工艺结合PET处理使pFF提升至+0.7%，电池效率达22.1%，输出功率密度达23.5 mW/cm²。14 nm AlOₓ钝化层表现出长期稳定性。PET技术无需改变预处理工艺，适用于工业化生产，为提升小尺寸太阳能电池效率提供了可行方案。

美能在线薄膜厚度测试仪

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POLY5000是专为光伏工艺监控设计的在线膜厚测试仪，可以对样品进行快速、自动的5点同步扫描，监测“工业产线上”各式薄膜的厚度以及光学常数，快速准确测量薄膜厚度、光学常数等信息，可根据客户样品大小定制测量尺寸。

膜厚测试范围20nm-2000nm

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原文参考：Postmetallization “Passivated Edge Technology” for Separated Silicon Solar Cells

 

 

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