【儀表網 研發快訊】隧穿氧鈍化接觸(TOPCon)晶體硅太陽電池被廣泛認為是下一代大規模產業化運用的光伏技術，其目前產業化效率已經達到25.0%以上(2023年8月數據，因測試方法差異，各家略有不同)；2023年全國累計已建/待建TOPCon電池產能高達1430 GW(8月統計數據)，市場前景廣闊。對于PECVD技術路線的TOPCon電池來說，提高其光電轉換效率的關鍵在于有效抑制多晶硅易爆膜、降低材料寄生吸收，以及進一步提升TOPCon鈍化性能。目前，利用摻雜工程制備的新型多晶硅薄膜可有效解決TOPCon遇到的上述問題，但是如何兼顧高效的鈍化和電學傳輸性能仍具有挑戰性。
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員和曾俞衡研究員的帶領下，在前期TOPCon電池研究的基礎上(Energy Environ. Sci. 2021,14, 6406；Cell Rep. Phys. Sci. 2021,2,1; Sol. RRL: 2021,5, 2100644; 2023,7,2201082; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2021,223, 110970; 2021 230 111229; 2022,238,111586; 2022,240,111713; 2022,243,111803; 2022,250, 112047; 2023,257,112354; 2023,257,112393)，在高效TOPCon電池領域取得了新進展。該團隊基于新型摻氮多晶硅，提出了雙功能多晶硅層結構設計——摻氮多晶硅可提供優異的鈍化性能并可以有效抽取載流子，常規多晶硅可提供良好的電學接觸性能并可以有效輸運載流子；該設計的應用使得TOPCon結構獲得了優異的鈍化性能(隱含開路電壓iVoc～755 mV, 復合電流J0～0.7 fA/cm2)和接觸性能(接觸電阻率ρc<5 mΩ·cm2)，其選擇性因子達到16，如圖1。此外，通過鈍化和接觸性能提升，實驗室概念驗證TOPCon電池(4 cm2)的效率得到了顯著提升，達到25.53%，如圖2。進一步通過實驗和第一性原理計算對摻氮多晶硅的原理性問題進行了探究，如圖3。研究表明，氮原子的摻入有利于維持多晶硅結構的穩定性，有效捕獲氫原子以防止其溢出；更多的氫原子可以有效鈍化懸掛鍵，降低界面態密度；此外氮原子還可有效調節多晶硅的光學帶隙和TOPCon的能帶結構，使其可以獲得更好的光學和電學鈍化性能。綜上所述，該研究為高效TOPCon電池設計，特別是雙面接觸和全背面接觸的設計，以及新型多晶硅在產業化上的應用提供借鑒意義。
該工作以“Regionalizing nitrogen doping of polysilicon films enabling high-efficiency tunnel oxide passivating contact silicon solar cells”為題發表于Small(DOI: smll.202304348)。寧波材料所2022級博士生劉尊珂、北京大學深圳研究生院博士后林則東為共同第一作者，寧波材料所楊陣海、曾俞衡研究員和葉繼春研究員為本文共同通訊作者。
該研究得到了國家自然科學基金(61974178、61874177)、寧波市“創新2025”重大工程(2022Z114、2020Z098)、浙江省重點研發項目(2021C01006)等項目的支持以及浙江大學硅材料國家重點實驗室的幫助。
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