宋人豪、張瀚丞、陳松裕 / 工研院綠能所
隨著穿隧氧化層鈍化接觸(TOPCon)太陽電池逐漸取代傳統的鈍化射極與背面電池(PERC)技術，成為新一代主流架構，TOPCon關鍵結構由穿隧氧化層(SiOX)與摻雜多晶矽(N+ Poly-Si)所構成，雖展現優異的載子選擇性與界面鈍化效果，卻也在波長300 nm~1,200 nm範圍內引發寄生吸收(Parasitic Absorption)，成為限制元件效率提升的一大挑戰。本文回顧寄生吸收成因，並彙整四項降低寄生吸收的設計策略，旨在實現電性與光學特性之最佳平衡，提升TOPCon太陽電池效率。
【內文精選】
降低寄生吸收的關鍵技術
1. 多晶矽層厚度減薄
多晶矽層厚度減薄是最直接能減少寄生吸收損失的做法之一。模擬結果指出，放置於入光面之多晶矽層，厚度每增加10 nm，其JSC會下降約0.5 mA/cm2 。即使將多晶矽層放置於電池背面，當厚度達150 nm時，JSC仍可能損失約0.44 mA/cm2，影響不可忽視。Chen等人透過乾蝕刻技術（如RIE），將位於電池正面之多晶矽層厚度控制在100 nm左右，有效減少短波段吸收，使電池效率整體提高1.73%。然而，多晶矽層的厚度減薄雖能降低光學損耗，卻也會對多晶矽層的摻雜總量與導電性產生影響。如圖五所示，儘管表面摻雜濃度相同，當厚度減少時，總摻雜量也隨之減少，導致片電阻增加，若進一步減薄至100 nm以下，則可能嚴重影響鈍化品質與導電性。
圖五 (a)不同厚度多晶矽層的ECV曲線；(b)片電阻
2. 多晶矽圖形化設計
隨著雷射技術的快速進展，Wangchao Wan等人近期針對TOPCon電池結構提出一種稱為指叉狀多晶矽(Poly Finger)或背面多晶矽圖形化技術的新型設計（如圖七）。其核心概念為對多晶矽層的厚度進行區域性調控，在金屬接觸區域保留較厚的多晶矽層，以維持良好的歐姆接觸；而在非接觸區域，則利用雷射技術將多晶矽層局部減薄，以降低寄生吸收。此類圖形化結構設計，可有效在降低接觸電阻、提升載子收集效率與抑制寄生吸收之間取得良好平衡，為TOPCon電池性能優化提供一項具潛力的解決方案。
圖七 (a) Poly Finger（樣品G5）的結構示意圖，此結構是透過雷射與去除技術(Laser & Remove)將G1與G4結合而成；(b~e) Poly Finger結構下，膠料接觸區與非膠料接觸區的多晶矽區域之SEM上視圖與截面圖
3. 導入透明導電膜緩衝層
雖然多晶矽層厚度減薄有助於減少FCA，卻也可能導致導電性降低與鈍化效果劣化。為兼顧光學與電性需求，導入透明導電膜(TCO)作為多晶矽層上方的歐姆接觸緩衝層，已成為一項具潛力的技術方案。研究指出，透過結合厚度15 nm的多晶矽層與厚度15 nm的氧化銦錫(ITO)薄膜，並輔以SiNX:H氫化處理，修復濺鍍所造成的表面缺陷，可實現極佳的光電性能表現，包括隱含開路電壓(iVOC)達732 mV、少數載流子壽命超過4.5 ms，以及極低的接觸電阻與J0低於10 fA/cm2 ----以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》465期，更多資料請見下方附檔。