四分片边缘钝化策略：TCO Margin+预开槽原位钝化的实验验证

 

在光伏组件功率持续提升的趋势下，分片技术已从半片发展至四分片甚至更细的毫米级超窄条电池，通过降低工作电流与串联电阻来释放功率增益空间。然而，随着电池不断窄片化，切割边缘数量成倍增加，未钝化边缘引发的强复合效应显著增强，导致开路电压（VOC）、短路电流（JSC）及填充因子（FF）同步下降，成为制约四分片及超窄条电池进一步应用的核心瓶颈，美能PL/EL一体机测试仪可提供全流程的缺陷检测与工艺优化支持。

本研究基于硅异质结（SHJ）体系，提出“预开槽+原位钝化”（PG-LSMC）工艺，在电池制备前完成刻槽并去除损伤层，在后续沉积过程中实现边缘的原位钝化，从而有效抑制边缘复合损失。结合前结结构优化及边缘输运调控策略，该方法在不引入额外复杂工艺与成本的前提下，实现了电压与填充因子的同步提升，为四分片TOPCon电池及毫米级条带SHJ电池的高效化与产业化提供了可落地的关键解决路径。

研究目标与技术路线

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展示条带状晶硅电池在半透明组件中的应用形式，以及两种典型制备工艺（LSMC与PG-LSMC），同时给出激光刻槽及断裂边缘在刻蚀前后的形貌变化，直观体现边缘损伤及其去除过程

本研究围绕两个核心目标展开：

在不引入额外边缘钝化工艺的前提下，通过器件结构优化降低边缘复合损失 

探索一种集成化“原位局部钝化”方法（PG-LSMC） 

技术体系选用：
 

电池类型：硅异质结（SHJ）电池 

分割方式：激光划片+机械断裂（LSMC） 

实验方法

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本研究基于SHJ电池体系，对比两种分割工艺：

传统LSMC：完整电池制备 → 激光划线 → 机械断裂，工艺简单但边缘存在损伤层，无钝化。

PG-LSMC：先激光刻槽 → 湿法刻蚀去损伤层 → 再完成SHJ制备（预刻槽+原位钝化），核心优势：去除激光损伤层 ，a-Si:H沉积实现沟槽侧壁原位局部钝化。

通过SEM、PL、J–V、EQE及Quokka3仿真，对结构与性能进行系统分析。

激光划线与断裂对性能的影响

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激光划线及断裂前后，RJ与FJ结构电池的JSC、VOC、FF与效率变化，并结合J–V及EQE分析不同结构对边缘损伤的敏感性差异

研究表明，激光划线会显著降低电池的JSC、VOC与FF，从而导致效率明显下降；后续机械断裂进一步引起FF下降。

在结构对比中发现：

后结（RJ）电池JSC下降更为严重； 

前结（FJ）电池在分割后仍保持更高效率（约17.6% vs 16%）。 

这一差异源于载流子输运路径的不同，边缘缺陷会降低载流子扩散长度（LD）：

RJ结构：载流子需穿越整个体区 → 更易复合
 

FJ结构：前表面收集路径更短 → 损失较小

硅片厚度的影响

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分析不同厚度条件下FJ与RJ电池的性能变化，并结合EQE光谱揭示厚度对载流子收集与边缘复合的影响机制

FJ电池：

随厚度减小，JSC下降（光吸收减少）； 

VOC提升（复合减弱）； 

存在最优厚度（约150 μm）。 

RJ电池：

厚度减小反而提升JSC； 

原因在于边缘复合影响减弱，提高了载流子收集效率。 

总体来看，减薄硅片可有效降低边缘复合影响，但FJ结构在各厚度条件下仍表现更优。

电池宽度的影响

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展示电池宽度从9 mm减小至3 mm时性能变化，并通过PL与EQE分析边缘复合增强对电压与电流的影响

电池宽度影响（3–9 mm）

宽度减小 → VOC持续下降 

RJ：JSC显著下降 

FJ：JSC基本稳定 

效率趋势（3 mm）： FJ：17%；RJ：15% 

PL结果显示：宽度减小 → 全局发光强度下降 → VOC降低

发射极边缘隔离(TCO Margin)

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对比有无TCO margin结构的电池性能与寿命特性，说明发射极隔离对抑制边缘复合的作用，同时分析其对电流损失的影响

为抑制载流子向边缘输运，本研究引入TCO margin结构，即在电池边缘保留约0.3 mm无TCO区域。

该结构可有效：

提高VOC与FF（通过减少边缘复合） 

提升低注入条件下的载流子寿命 

但同时带来：JSC下降（由于无减反层与载流子收集受限） 

在优化条件下，该方法实现了：

VOC高达715 mV 

效率达到18.67%

PG-LSMC局部边缘钝化

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展示PG-LSMC结构、电池边缘形貌及TEM结果，并通过PL与电性能对比证明原位钝化对边缘复合的抑制效果

PG-LSMC通过在沟槽区域沉积a-Si:H，实现对边缘的部分钝化。

实验结果表明：

VOC、FF提升明显（尤其RJ结构） 

RJ结构JSC提升（EQE全谱改善） 

FJ结构变化较小

进一步对比发现：

n侧钝化（PG-N）优于p侧钝化（PG-P）； 

主要原因在于i–n结构具有更优的界面钝化效果，且避免pn结延伸至缺陷区域。

协同优化：TCO Margin + PG-LSMC

 

 

对比单一与组合策略下电池性能变化，验证发射极隔离与边缘钝化的协同优化效果

将TCO margin与PG-LSMC结合：

VOC提升（发射极隔离） 

JSC恢复（局部钝化） 

FF无损

说明两种方法具有互补性：

TCO margin → 抑制载流子输运至边缘 

PG-LSMC → 减少边缘复合中心 

但由于仍存在未完全钝化区域，整体效率提升仍有限。

本研究表明，通过前结结构、薄片化设计、发射极隔离及原位局部钝化，可在不增加复杂工艺的前提下有效抑制边缘复合。尽管仍存在未完全钝化区域，但该策略为条带电池及分割电池技术提供了兼顾性能与成本的优化路径。

美能PL/EL一体机测试仪

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美能PL/EL一体机测试仪模拟太阳光照射晶硅太阳能电池片，均匀照亮整个样品，并用专业的镜头采集光致发光（PL）信号，获得PL成像；电致发光（EL）信号，获得EL成像。通过图像算法和软件对捕获的PL/EL成像进行处理和分析，并识别出PL/EL缺陷，根据其特征进行分析、分类、归纳等。

EL/PL成像，500万像素，实现多种成像精度切换

光谱响应范围：400nm~1200nm

PL光源：蓝光（可定制光源尺寸、波长等)

多种缺陷识别分析(麻点、发暗、边缘入侵等)可定制缺陷种类

美能PL/EL一体机可精准评估窄条形晶硅电池边缘复合，量化切割损伤、发射极隔离与预开槽钝化效果。针对前结优势、TCO边距提升Voc至715mV、PG-LSMC原位钝化等关键结论，通过PL/EL双模成像监控边缘缺陷与钝化均匀性，为工艺优化提供核心检测支撑。