穿隧氧化鈍化背接觸太陽電池概述：材料世界網

張瑞文、黃志仁、張瀚丞、陳松裕、郭明村 / 工研院綠能所；鄭丞良/友晁能源材料股份有限公司

因應使用石化能源所造成的環境衝擊，各國政府積極推動再生能源永續發展，並推出相關補助政策與獎勵措施。目前，全球已有超過150個國家宣示或規劃要在2050年前達成淨零碳排目標，促使太陽光電產業迅速成長。當前市場仍由矽晶產品主導，市占率超過9成，且隨著矽晶技術持續研發，這一趨勢短期內仍難以撼動。2024年，主流矽晶電池技術已由鈍化射極與背面電池(PERC)升級至穿隧氧化鈍化接觸(TOPCon)電池。因此，本文將概述一種有望成為下一階段的主流技術—穿隧氧化鈍化背接觸(TBC)電池，此技術結合了TOPCon技術與交指式背接觸(IBC)結構，可由現有TOPCon產線升級，使效率更接近矽晶電池的理論極限，對潔淨能源發展有所助益。

【內文精選】

TOPCon回顧

TOPCon技術是一種基於載子選擇性原理的技術，最早的概念由德國Fraunhofer ISE於2013年提出，其正面結構和傳統的鈍化射極與背面全擴散(Passivated Emitter and Rear Totally-diffused; PERT)太陽電池相似，但其核心技術在於背面的鈍化接觸。在TOPCon電池中，鈍化接觸結構非常關鍵，它由一層超薄的穿隧氧化層搭配一層磷摻雜的多晶矽薄膜組成，穿隧氧化層與矽晶功函數的差異會造成能帶彎曲，雖不會阻礙多數載子的傳輸，但會阻礙少數載子達到界面，進而降低載子間的復合。摻雜多晶矽層是TOPCon技術中不可或缺的一部分，它對電池的鈍化性能極為關鍵，這一層多晶矽不僅起到保護超薄氧化層的作用，還能夠有效地降低載子的復合速率，進一步提高轉換效率。然而，摻雜多晶矽製程的各項參數對鈍化性能十分關鍵，例如擴散溫度的高低、退火再結晶溫度以及多晶矽層膜厚的控制，都會影響磷原子的擴散情況，進而影響到隱含開路電壓(Implied Open Circuit Voltage; iV_OC)。

IBC回顧

IBC電池的概念最早在1977年由Lammert和Schartz提出(6)(如圖六所示)。IBC電池結構有以下幾項特點：首先是受光面電極的移除，除了減少遮光損失外，同時可以透過製程的改善，將受光面的鈍化效果最佳化；其次為正、負電極的同面化設計，這樣的設計不只可以透過最適化的電極比例調配，利用現有的材料得到最佳化的電性與鈍化特性，而且在模組化時，由於正、負電極都位於同一側，還可以使焊接更為容易。一般來說，典型的高效率背接觸電池的製造流程大致如下描述：①n型晶圓經蝕刻步驟形成具織構化的光陷阱結構以提升進光量；②再由蝕刻製程拋光晶圓背面；③分別利用高溫與低溫之磷擴散製程形成背表面場(BSF)以及前表面場(FSF)；④透過黃光微影與局部蝕刻步驟定義射極區域；⑤再以高溫硼擴散製程形成p⁺射極；⑥電池正面鍍製抗反射層、背面鍍製鈍化層；⑦微影定義點接觸金屬面積；⑧最後以濺鍍或蒸鍍方式製作金屬電極。

圖六、IBC電池結構示意圖

TBC太陽電池

目前市場上的IBC電池分成三個類型：①中國SPIC和芬蘭Valoe Cell生產的ZEBRA電池，是由ISC Konstanz開發的PERT電池的升級版。而ZEBRA技術是唯一使用磷和硼擴散製程得到磷矽玻璃(PSG)和硼矽玻璃(BSG)作為鈍化層的技術，消除了對AlO_x鈍化的需求，此外，這是使用一般擴散(無選擇性載流子接觸)的太陽電池。②中國LONGi生產的POLO IBC，利用與PERC相同的製程設備，除了在背面具有超薄氧化層以及多晶矽層的載子選擇性接觸結構，更由於其正面僅由介電材料鈍化，沒有任何擴散在鈍化層下，因此具有高效率潛力。③結合了TOPCon技術和IBC結構的TBC太陽電池，目前該技術已被一些先進的太陽能電池製造商，如：新加坡Maxeon和中國AIKO所採用，並且正逐步推向市場，這些公司正在努力將實驗室中的高效技術轉化為具有成本效益的大規模生產技術。

圖七展示了工研院所規劃的TOPCon到TBC的技術藍圖。工研院已和茂迪公司成功開發TOPCon，並於2021年正式進入市場；之後隨即開始開發雙面鈍化接觸太陽電池(biPC)，利用局部摻雜多晶矽使用於正面電極下方來提高鈍化效果，大幅降低載子復合機率，使元件具有良好的光電特性，效率可達24.5%以上。預計在2025年開始投入TBC太陽電池的開發，結合TOPCon與IBC技術的優勢，預期效率可於2027年達26%以上---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。