SHJ太阳能电池等效界面输运电阻的无损评估：一种用于工艺监测与优化的工程工具

《Materials Science in Semiconductor Processing》：Non-destructive evaluation of equivalent interfacial transport resistance in SHJ solar cells: An engineering tool for process monitoring and optimization

　　

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  暗电流 - 电压分解提取等效界面传输电阻。
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  相同加工条件下的重复性≤0.07 Ω cm²。
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  分辨出不同制造商之间提取残余值约 62% 的差异。
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  结合 FIB-SEM 的焊剂浸泡测试将退化主要定位在金属/TCO 接触区域。
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  用于相对过程监控的集总指标，而非本征接触电阻率。

引言

硅异质结（SHJ）太阳能电池已成为高效晶体硅光伏领域的领先技术，凭借其高开压、低温度系数和优异的双面性能，占据了全球 8% 以上的市场份额 [1], [2], [3]。随着转换效率的不断提高，串联电阻已成为限制填充因子（FF）和整体器件性能的主要因素 [4]。特别是跨越接触区域的垂直传输——包括 TCO/μc-Si:H 界面、超薄隧穿层和异质结势垒——在载流子提取中起着关键作用，并直接影响器件的电气特性 [5], [6], [7]。因此，快速评估界面传输特性对于 SHJ 工艺优化和工业质量控制变得越来越重要。

接触电阻的定量表征传统上依赖于传输长度法（TLM）和 Cox–Strack 技术 [5], [8]。TLM 通过总电阻与电极间距的线性回归推导接触电阻率 [9], [10], [11]，而 Cox–Strack 方法则分析不同直径圆形电极下的电流扩展 [12]。尽管这些方法在理论上严谨，但在 SHJ 架构中面临重大限制。TLM 假设电流局限于单一导电层，然而 SHJ 结构中的 p–i–n 结会在 TCO 和晶体硅基底之间引起分流 [13], [14], [15]。此外，需要单独的 n 型和 p 型测试结构来隔离电子和空穴接触电阻 [6], [16]，从而无法在单个完整电池上进行同时评估 [17]。Cox–Strack 方法依赖于近似电流扩散模型，其假设尚未得到完全验证，这使得大直径电极接触电阻和扩展电阻之间的区分变得复杂 [18]。这两种技术都需要表面蚀刻和专用测试图案 [19]，限制了它们在实时、非破坏性生产线监控中的实用性 [4], [20]。

近期研究试图通过优化 TLM 结构或定制接触层性能来改进接触电阻率表征。例如，Zogbo 等人 [13] 通过模拟和实验证明，要通过 TLM 准确测量金属/TCO 接触电阻，需要 a-Si:H 激活能为 0.6–1.4 eV，以实现电流在 TCO 层内的有效限制。Bhattacharya 等人 [21] 利用 TLM 优化了 a-Si:H(p) 掺杂浓度和厚度，实现了低至 432 mΩ cm² 的空穴接触电阻率。尽管这些研究加深了对 SHJ 接触传输的理解，但大多数现有方法仍专注于专用测试结构，不易直接应用于完整工业电池的非破坏性表征。此外，随着高度导电的 μc-Si:H 接触层在先进 SHJ 架构中的日益采用 [22], [23], [24]，评估完整电池界面传输特性的快速工程化方法变得越来越重要 [25]。

为了弥合实验室表征与生产线需求之间的差距，本工作介绍了一种基于暗电流 - 电压（I–V）特性的非破坏性串联电阻分解方法 [26], [27], [28]。该方法专为工业应用设计，通过从总串联电阻中减去金属栅线、TCO 横向导电、金属/TCO 接触和硅体电阻的已知贡献，来评估完整 SHJ 太阳能电池中的等效界面传输电阻 [29], [30]。剩余项，记为 $R_S^{res}\text{,}$，作为异质界面整体载流子传输的工程导向指标。重要的是要注意，该参数并非旨在替代 TLM 测量的本征接触电阻率。相反，它为工艺监控和优化提供了实用的相对度量。

为了验证该方法的可行性和工程适用性，进行了三项与生产相关的测试：改变银浆质量含量（25%、30%、36%）以评估方法重复性；使用相同的银浆配方比较两家不同制造商（C1 和 C2）的电池以评估方法灵敏度；以及通过焊剂浸泡实验研究接触退化过程中的电阻行为，以评估该方法在退化分析和工艺诊断方面的潜力。

章节摘要

串联电阻分解模型

虽然 SHJ 太阳能电池中的载流子传输涉及复杂的多维过程，但主要的串联电阻贡献可以根据主要电流路径近似分解。电流穿过硅基底、异质结传输区、TCO 横向导电层、金属/TCO 接触和金属栅线 [13], [29], [30]。基于此传输路径框架，SHJ 电池的总串联电阻 $R_S^{total}$ 可以

方法的重复性

通过改变银浆中的银质量分数（25%、30% 和 36%）来研究模型的一致性。结果显示，在不同银含量下，指状线的宽度和高度略有不同，导致金属栅线电阻的微小变化。表 1、表 2 分别显示了制造商 C1 和 C2 在不同银含量下的电阻分量。等效界面传输电阻 $R_S^{res}$ 范围为 0.923 至 0.980 Ω cm²

结论

本工作提出了一种通过暗 I–V 串联电阻分解评估 SHJ 太阳能电池等效界面传输电阻的非破坏性方法。直接应用于完整的生产电池，该方法在相同加工条件下实现了 $R_S^{res}$ 最大偏差仅为 0.075 Ω cm²，而在本数据集中观察到制造商之间约 70% 的显著差异（0.980 对 1.667 Ω cm²）。焊剂浸泡测试进一步证明了其

CRediT 作者贡献声明

Hongbo Li: 写作 – 初稿，方法论，调查，正式分析，概念化。 Fenfen Huang: 写作 – 初稿，验证，调查，数据整理。 Yueting Wen: 写作 – 审阅与编辑，调查。 Wenfeng Liao: 调查。 Haiyan Tu: 写作 – 审阅与编辑，资源。 Xin Fu: 正式分析。 Hongtao Hou: 资源。 Haijun Wang: 资源。 Shenghu Xiong: 监督，资源，项目管理。 Xiaojun Ye: 写作 – 审阅与编辑，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些关系可能影响本论文报告的工作。

Hongbo Li|Fenfen Huang|Yueting Wen|Wenfeng Liao|Haiyan Tu|Xin Fu|Hongtao Hou|Haijun Wang|Shenghu Xiong|Xiaojun Ye