你不知道的钝化接触太阳能电池

子浓度，降低少子浓度，从而降低表面复合速率。不过AlOx的使用也需要伴随这工艺的改进和设备的进步，例如解决高速沉积AlOx的问题，氧化铝本身的不稳定性以及良品率较低等问题。

　　钝化接触，第三次进化？

　　PERC以及PERL结构的电池已经拥有相对完善的表面钝化结构，不过将背面的接触范围限制在开孔区域，除了增加了工艺的复杂度外，开孔的过程采用不同的工艺还会对周围的硅材料造成不同程度的损伤，这也额外的增加了金属接触区域的复合。由于开孔限制了载流子的传输路径，使之偏离垂直于接触面的最短路径并拥堵在开口处，增大了填充因子的损失。有没有一种办法即能降低表面复合，又无需开孔呢。这就需要提到近几年呼声高涨的钝化接触（Passivated Contact）技术。

　　假设我们能找到这样一种材料或结构，其满足（1）拥有良好的表面钝化效果；（2）分离准费米能级；（3）可以高效传输一种载流子。那么就可以把这一结构用于电池的表面，形成即满足钝化要求，又无需开孔即可传输电流的钝化接触。

　　德国弗劳恩霍夫太阳能研究所已经开发出一项名为TOPCon（Tunnel Oxide

　　Passivated Contact，隧穿氧化层钝化接触）的技术。研究人员首先在电池背面用化学方法制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，这两层材料为硅片的背面提供了良好的表面钝化，而由于氧化层很薄，硅薄层有掺杂，多子可以穿透这两成钝化层，而少子则被阻挡，如果在其上再沉积金属，就可以得到无需开孔的钝化接触。这一技术的详细信息我们将在下文中讨论。

　　不过这样的钝化接触只能用在电池背面吗，如果用在正面会怎样？

　　没有扩散PN结的太阳能电池

　　其实这并非一个新鲜的问题，虽然钝化接触电池这一说法近两年才出现，但其所描述的结构确实不折不扣的早已为科学家们所研究。这种通过外加材料和结构弯曲能带，而非电池吸收层本身掺杂，来实现对载流子选择性通过的表面接触设计，我们称为选择性接触（SelectiveContact）电池，而这一设计与我们传统认识中的通过扩散得到PN结的电池有根本的不同。

　　虽然我们现在常见的电池有高温扩散得到的PN结，而PN结的内建电场被认为是分离光生载流子并让太阳能电池发电的动力。而其实太阳能电池并不一定必须要有明确的PN结。上世纪70年代，MartinGreen教授就提出了无需扩散 PN结的金属-绝缘层-半导体（MIS）结构太阳能电池。1985年，EliYablonovitch教授就提出理想的太阳能电池应该是"采用两个异质结来设计"，即将吸收材料置于两个宽带隙材料之间。而SunPower的创始人之一RichardSwanson博士也在10年前预测接近理论效率的晶硅太阳能电池应"在硅和金属之间，放置一层宽带隙材料构成异质结"。这些结构都指向选择性接触电池。

　　假设图2中间是吸收材料，左右两侧分别是空穴电极和电子电极，而电极与吸收材料之间则是选择性传输层，左侧为空穴传输层，右侧为电子传输层。由于选择性接触材料自身带隙、逸出功和费米能级的影响，吸收材料能带被迫弯曲，这使得只有与选择性传输层对应的载流子才能流向并穿透界面，同时排斥另一种载流子，进而降低了表面载流子浓度，从而带来了良好的表面钝化效果。

　　图2，选择性接触电池能带图

　　下面，我们用选择性接触的理论解释一下松下异质结（HIT）电池的原理［5］。HIT电池吸收层采用n型单晶硅片，正面首先沉积很薄的本征非晶硅层，作为表面钝化层，然后沉积硼掺杂的p+型非晶硅层，二者共同构成正面空穴传输层。沉积后，硅片靠近表面由于能带弯曲，阻挡了电子向正面的移动，电子只能向后表面移动。相反的对空穴来说，虽然本征层对空穴有一个小的阻挡，但由于本征层很薄，空穴可以隧穿然后通过高掺杂的p+ 型非晶硅。在背面同样沉积本征非晶硅薄层和掺磷的n+非晶硅层，同样由于能带弯曲，空穴无法轻易传过背面，而电子可以传过，所以二者构成了电子传输层。通过在电池正反两面沉积选择性传输层，使得光生载流子只能在吸收材料中产生富集然后从电池的一个表面流出，从而实现二者的分离。

　　图3，HIT异质结电池能带图

松下异质结HIT电池是一种典型的选择性接触结构。另一种典型的选择性接触电池为Silevo公司的Triex隧道异质结电池［6］，与HIT电池结构相似但钝化层采用氧化硅而非本征非晶硅。而与这两种完全意义上的选择性电池不同，上文中提到的背面钝化接触电池其实是一种只在背面实现了选择性接触的电池。背面钝化接触技术究竟性能如何，有没有双面采用钝化接触技术实现选择性接触电池