IBC太陽能電池因其背面全電極設(shè)計(jì)，可消除前表面金屬遮擋損失，成為硅基光伏技術(shù)的效率標(biāo)桿。然而，傳統(tǒng)圖案化技術(shù)（如光刻、激光燒蝕）存在工藝復(fù)雜或硅基損傷等問題。本研究創(chuàng)新性地結(jié)合激光摻雜與濕法氧化特性，通過局部高濃度磷摻雜增強(qiáng)氧化速率并結(jié)合美能在線膜厚測(cè)試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SiO?厚度，實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)圖案化與高效鈍化。

實(shí)驗(yàn)方法

Millennial Solar

材料：p型CZ-Si（180 μm，4 Ω·cm），POCI?與BBr?液態(tài)摻雜源。關(guān)鍵步驟：

• PSG層沉積與激光選擇性摻雜；
• 濕法熱氧化（850°C，30分鐘）生成厚/薄氧化層；
• HF選擇性蝕刻與KOH織構(gòu)化；
• BBr?擴(kuò)散形成p?發(fā)射極，PECVD沉積SiN?鈍化層，絲網(wǎng)印刷金屬化。

Deal-Grove模型模擬與氧化特性

Millennial Solar

磷表面摻雜濃度對(duì)濕法與干法熱氧化氧化層厚度的影響基于Deal-Grove硅氧化動(dòng)力學(xué)模型，模擬濕法（H?O）與干法（O?）氧化中磷表面濃度（Ns）對(duì)氧化層厚度（dox）的影響。結(jié)果顯示：

• 濕法氧化在Ns=7×1019?cm?3時(shí)dox=125?nm，是輕摻雜區(qū)（48nm）的2.6倍；
• 干法氧化速率低（dox<20?nm），無法滿足選擇性蝕刻需求。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬值的偏差源于激光摻雜的非均勻分布（誤差函數(shù) vs. 理想矩形分布）。

激光摻雜參數(shù)調(diào)控

Millennial Solar

激光摻雜n??區(qū)域的電學(xué)特性上圖顯示激光脈沖能量密度（Hp）對(duì)薄層電阻（Rsh）及氧化層厚度（dox）的影響：

• Zone-I（Hp<1.1?J/cm2）：能量不足，無摻雜效應(yīng)；
• Zone-II（1.1p<2.1?J/cm2）：Rsh線性下降（160→75 Ω/sq），Ns從4×1018?cm?3升至6×1019?cm?3，dox增至123 nm；
• Zone-III（Hp>2.1?J/cm2）：硅表面蒸發(fā)導(dǎo)致Ns降低，dox減少至75 nm。

優(yōu)化Hp=2.1?J/cm2可實(shí)現(xiàn)高摻雜濃度與氧化層厚度的平衡。

IBC電池工藝流程與優(yōu)化

Millennial Solar

IBC電池結(jié)構(gòu)及制造流程圖a展示了IBC電池的橫截面結(jié)構(gòu)：n型硅基底上交替分布p?發(fā)射極與n??BSF，表面覆蓋SiN?鈍化層與金屬電極。圖b詳述了制造流程：

• 激光摻雜與氧化：POCI?擴(kuò)散生成磷硅玻璃（PSG），激光選擇性摻雜后濕法氧化（850°C，30分鐘），形成厚/薄氧化層分區(qū)。
• 選擇性蝕刻與織構(gòu)化：HF蝕刻去除非摻雜區(qū)薄氧化層（48 nm），保留BSF區(qū)厚氧化層（75 nm）作為KOH織構(gòu)化的蝕刻阻擋層（蝕速比Si慢200-400倍）。

掩模SiO?厚度對(duì)BBr?擴(kuò)散的影響

• BBr?擴(kuò)散與鈍化：55 nm氧化層完全屏蔽硼擴(kuò)散，形成p?發(fā)射極（Rsh=350?Ω/sq，基區(qū)電阻主導(dǎo)）。PECVD沉積SiN?鈍化層后，絲網(wǎng)印刷金屬電極完成電池制備。

IBC電池性能

Millennial Solar

表1. IBC太陽能電池的電流-電壓特性匯總

表1總結(jié)了概念驗(yàn)證電池的I-V特性：中值效率為20.09%（Voc=652.3?mV，Jsc=40.22?mA/cm2，F(xiàn)F = 76.79%），最高效率達(dá)20.42%。限制因素包括：

• 激光誘導(dǎo)體缺陷與氧化層堆垛層錯(cuò)；
• p?發(fā)射極與n?? BSF的鈍化質(zhì)量差異。

研究表明，通過利用局部激光摻雜n??背表面場(chǎng)（BSF）區(qū)域的增強(qiáng)氧化特性，可在IBC電池背面實(shí)現(xiàn)圖案化，并屏蔽激光摻雜n??BSF區(qū)域免受后續(xù)BBr?擴(kuò)散的影響。研究系統(tǒng)探究了激光脈沖能量密度（Hp）對(duì)激光摻雜n??c-Si薄層電阻（Rsh）及濕法熱氧化后SiO?厚度（dox）的影響。

美能在線膜厚測(cè)試儀

Millennial Solar

采用微納米薄膜光學(xué)測(cè)量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)超廣測(cè)量范圍20nm-2000nm和0.5nm超高重復(fù)性精度，可對(duì)樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的5點(diǎn)同步掃描。

Poly膜厚測(cè)試范圍20nm-2000nm

快速、自動(dòng)的5點(diǎn)同步掃描

非接觸、無損測(cè)量，零碎片率

24小時(shí)自動(dòng)且不停線校準(zhǔn)，保證生產(chǎn)效率

實(shí)驗(yàn)過程中采用美能在線膜厚測(cè)試儀對(duì)氧化層厚度進(jìn)行非接觸式動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其0.5nm超高重復(fù)性精度和五點(diǎn)多維同步掃描技術(shù)，有效保障了摻雜區(qū)（125nm）與非摻雜區(qū)（48nm）氧化層的精準(zhǔn)區(qū)分。此方法通過簡化工藝質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，有望推動(dòng)IBC電池的低成本產(chǎn)業(yè)化。

原文參考：Structuring Interdigitated Back Contact Solar Cells Using the Enhanced Oxidation Characteristics Under Laser-Doped Back Surface Field Regions*特別聲明：「美能光伏」公眾號(hào)所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞光伏行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號(hào)相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，若有侵權(quán)，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我司進(jìn)行刪除。