n型TOPCon太阳能电池中硼掺杂与接触电阻优化策略的高效性能研究

本研究针对n型晶体硅太阳能电池中p型硼掺杂发射极的精确控制难题，通过优化掺杂浓度(3.0×1019 cm?3)和烧结工艺，实现了J01低至26.148 fA/cm2、SRV达2.03×103 cm/s的优异表面钝化效果，最终获得PCE 23.52%的高效TOPCon电池，为低成本量产提供重要技术路径。

　　

在追求碳中和的全球背景下，晶体硅太阳能电池作为光伏市场主力面临效率提升瓶颈。n型TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）技术虽具有理论优势，但其核心环节——硼掺杂发射极的制备存在两难困境：高浓度掺杂会加剧表面复合，低浓度则导致接触电阻攀升。传统工艺中，BBr₃扩散形成的发射极常因掺杂不均引发V_oc下降，而Ag/Al浆料电极又可能引入界面复合中心。如何平衡表面钝化质量与电荷收集效率，成为制约电池效率突破24%的关键科学问题。

韩国能源技术评价研究院资助的联合研究团队通过PC3S/PC3D三维模拟与实验验证相结合的策略，系统研究了掺杂浓度梯度对电池性能的影响。采用0.8-1.5 Ω·cm的n型CZ-Si（直拉单晶硅）衬底，通过碱性溶液织构化处理形成陷光结构后，重点优化了BBr₃气相扩散工艺参数。研究团队创新性地建立掺杂浓度-烧结温度-接触电阻的关联模型，发现当表面硼浓度控制在3×10¹⁹ cm^?3时，可实现SRV（表面复合速度）与ρ_c（接触电阻）的协同优化。

Device fabrication
采用M6尺寸（166 mm×166 mm）硅片，通过KOH溶液在80℃下进行12分钟各向异性刻蚀形成金字塔绒面，随后通过精确控制BBr₃扩散温度和时间构建梯度掺杂发射极。

Analysis of doping profiles
PC3S模拟显示：当掺杂浓度从1×10¹⁹ cm^?3提升至1×10²⁰ cm^?3时，结深从400 nm缩减至150 nm。实验证实3×10¹⁹ cm^?3浓度下可获得最佳J₀₁（26.148 fA/cm²），比常规工艺降低42%。

Conclusion
该研究通过建立"掺杂浓度-钝化质量-接触特性"的定量关系，实现了V_oc 716 mV与FF 81.74%的同步提升。特别值得注意的是，优化后的发射极在保持150 Ω/sq薄层电阻下，将短波区J_sc提升至40.14 mA/cm²，这为解决传统TOPCon电池蓝光响应不足的问题提供了新思路。

这项发表于《Inorganic Chemistry Communications》的研究，其重要意义在于：首次通过三维数值模拟指导硼发射极工艺优化，将实验室效率纪录推进至23.52%，且所有工艺参数均兼容现有产线设备。Mengmeng Chu等研究者开发的掺杂控制方法，为n型TOPCon电池的产业化提供了明确的技术路线图，特别是对双面TOPCon组件的大规模生产具有重要指导价值。