硅太陽能電池和組件在光伏市場占主導(dǎo)，但半電池切割產(chǎn)生的新表面會(huì)加劇載流子復(fù)合，影響電池效率，邊緣鈍化技術(shù)可解決此問題。Al2O3薄膜穩(wěn)定性高、介電常數(shù)高、折射率低，在光學(xué)和光電器件中有應(yīng)用前景，常用于硅表面鈍化。沉積Al2O3+退火的電池效率進(jìn)一步提高了0.021%，達(dá)到0.119%，組件功率進(jìn)一步增加了0.68 W，達(dá)到3.76 W。RS-ALD技術(shù)原理

一種旋轉(zhuǎn)空間原子層沉積（RS-ALD）方法來制備Al2O3薄膜。該方法通過優(yōu)化工藝條件，在4 Torr的工藝壓力和300 sccm的三甲基鋁（TMA）流量下制備出高質(zhì)量的Al2O3薄膜。

Al2O3薄膜制備的RS-ALD反應(yīng)機(jī)制

實(shí)驗(yàn)步驟：

基底準(zhǔn)備：包括雜質(zhì)去除、清潔和表面活化。

氣體引入：分別引入TMA和去離子水作為前驅(qū)體，通過高純氮?dú)飧綦x。

氣體反應(yīng)：基底在旋轉(zhuǎn)托盤上，依次暴露于鋁和氧前驅(qū)體，形成Al2O3薄膜。

溢流排放：未反應(yīng)的前驅(qū)體和副產(chǎn)物被排出反應(yīng)室。

重復(fù)沉積：重復(fù)上述步驟，直到達(dá)到所需的薄膜厚度。Al2O3薄膜樣品制備

硅片規(guī)格：使用厚度為150 μm、電阻率為<1.5 Ω-cm、晶體取向?yàn)?100>的P型單晶硅片。清洗過程：硅片經(jīng)過一系列的超聲清洗，依次使用去離子水、異丙醇、乙醇和去離子水，每次清洗時(shí)間為5到30分鐘。

干燥：清洗后的硅片使用高純氮?dú)飧稍铮缓筠D(zhuǎn)移到RS-ALD反應(yīng)室。Al2O3薄膜的表征

厚度測(cè)量：使用橢圓偏振光譜儀測(cè)量薄膜厚度，以確定沉積速率。晶體結(jié)構(gòu)分析：使用X射線衍射儀分析薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。

表面形貌和粗糙度：使用原子力顯微鏡在接觸模式下表征3μm×3μm區(qū)域的表面形貌和表面粗糙度。

少數(shù)載流子壽命：使用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)（QSS）光電導(dǎo)模式的少數(shù)載流子壽命儀測(cè)量硅片的有效少數(shù)載流子壽命。TOPCon電池的邊緣鈍化

TOPCon電池邊緣沉積40 nm Al2O3薄膜

RS-ALD技術(shù)：使用旋轉(zhuǎn)空間原子層沉積（RS-ALD）技術(shù)在太陽能電池的邊緣沉積40 nm厚的Al2O3薄膜。

沉積區(qū)域：沉積的Al2O3薄膜覆蓋了電池的切割邊緣，包裹部分約為1 mm，對(duì)電池的其他部分幾乎沒有影響。Al2O3薄膜工藝參數(shù)的優(yōu)化

Al2O3薄膜在不同TMA流量和工藝壓力下的沉積速率

不同工藝壓力下Al2O3薄膜的沉積速率

沉積速率與工藝壓力的關(guān)系：在2 Torr到3 Torr之間，沉積速率顯著增加（約32%）。從3 Torr到4 Torr，沉積速率進(jìn)一步增加（約5%）。超過4 Torr后，沉積速率增加不顯著。

最佳工藝條件：在4 Torr工藝壓力和300 sccm TMA流量下，沉積速率和均勻性最佳。這一條件下的薄膜不僅沉積速率高，而且在靠近和遠(yuǎn)離圓心的位置具有更接近的沉積速率，表明薄膜均勻性更好。

不同工藝壓力下Al2O3薄膜的均勻性最佳均勻性：在4 Torr工藝壓力下，靠近圓心和遠(yuǎn)離圓心位置的沉積速率最為接近，分別為0.0786 nm/cycle和0.0780 nm/cycle，表明薄膜的均勻性最佳。

均勻性與工藝壓力的關(guān)系：隨著工藝壓力的增加，薄膜的均勻性逐漸提高。在4 Torr時(shí)達(dá)到最佳均勻性，超過4 Torr后，均勻性繼續(xù)提高但提升幅度較小。RS-ALD技術(shù)Al2O3表征分析-晶體結(jié)構(gòu)

Al2O3薄膜退火前后的晶體結(jié)構(gòu)變化

晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變：退火處理使Al2O3薄膜從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3多晶相。這一轉(zhuǎn)變有助于提高薄膜的穩(wěn)定性和鈍化效果。

SiO2峰：2θ=26.7°的峰對(duì)應(yīng)于SiO2的(011)晶面，這與氧在基底和薄膜層中的擴(kuò)散有關(guān)。

γ-Al2O3峰：2θ=32.1°、37.7°和45.8°的峰分別對(duì)應(yīng)于γ-Al2O3的(112)、(211)和(220)晶面，表明退火處理促進(jìn)了Al2O3薄膜的晶化。RS-ALD技術(shù)Al2O3表征分析-表面形貌

Al2O3薄膜在退火前后的表面形貌

退火前：退火前的Al2O3薄膜表面呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在2D和3D圖像中清晰可見，表面較為光滑。退火后：退火處理使薄膜表面形態(tài)從針狀結(jié)構(gòu)變?yōu)楣刃痛貭睿砻孀兊酶鼮榇植凇＿@種變化表明退火處理促進(jìn)了薄膜的晶粒生長和致密化。

表面粗糙度增加：退火后的Al2O3薄膜表面粗糙度顯著增加，這有助于提高薄膜的光學(xué)性能和機(jī)械穩(wěn)定性。粗糙的表面可以增加光的散射，提高光的吸收效率，從而提高太陽能電池的性能。RS-ALD技術(shù)Al2O3表征分析-鈍化性能

Al2O3薄膜鈍化硅片的少數(shù)載流子壽命

鈍化效果：Al2O3薄膜的沉積顯著提高了硅片的少數(shù)載流子壽命，表明其具有良好的表面鈍化效果。

退火增強(qiáng)：退火處理進(jìn)一步增強(qiáng)了Al2O3薄膜的鈍化效果，顯著提高了少數(shù)載流子壽命，這表明退火處理可以激活A(yù)l2O3薄膜中的負(fù)固定電荷，改善薄膜與硅片接觸界面的質(zhì)量，減少表面復(fù)合。

性能提升：少數(shù)載流子壽命的提高直接關(guān)聯(lián)到太陽能電池的性能提升，特別是開路電壓（Voc）和填充因子（FF）的提高，從而提高電池的效率。TOPCon電池邊緣鈍化效果

TOPCon太陽能電池性能提升總結(jié)

僅沉積Al2O3：僅沉積Al2O3薄膜可以顯著提升電池的性能，Voc、FF和效率分別提升了1.7 mV、0.23%和0.098%，組件功率提升了3.08 W。

沉積Al2O3 +退火：在沉積Al2O3薄膜后進(jìn)行退火處理，進(jìn)一步提升了電池的性能，Voc、FF和效率分別提升了2.2 mV、0.34%和0.119%，組件功率提升了3.76 W。

退火效果：退火處理顯著提升了電池的性能，特別是在提升Voc和FF方面，表明退火處理可以激活A(yù)l2O3薄膜的鈍化效果，減少表面復(fù)合，提高電池的效率。

通過旋轉(zhuǎn)空間原子層沉積（RS-ALD）技術(shù)制備了高質(zhì)量的Al2O3薄膜，并將其應(yīng)用于TOPCon太陽能電池的邊緣鈍化。經(jīng)過退火處理后，電池效率進(jìn)一步提高了0.021%至0.119%，組件功率提高了0.68 W至3.76 W，這些結(jié)果充分證明了邊緣鈍化在提高太陽能電池性能方面的關(guān)鍵作用。美能UVPLUS SE光譜橢偏儀

美能UVPLUS SE光譜橢偏儀是專門針對(duì)太陽能電池研發(fā)和質(zhì)量把控領(lǐng)域推出的一款設(shè)備，基于絨面太陽能電池專用的高靈敏度探測(cè)單元和光譜橢偏儀分析軟件，專用于測(cè)量和分析光伏領(lǐng)域中多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率、消光系數(shù)），波長范圍覆蓋紫外、可見到近紅外。

• 先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測(cè)量技術(shù)，Delta測(cè)量范圍0-360°，無測(cè)量死角

• 高靈敏檢測(cè)粗糙表面散射和極低反射率為特征的絨面太陽能電池表面鍍層

專門針對(duì)多層薄膜檢測(cè)設(shè)計(jì)，滿足雙層膜檢測(cè)多入射角度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高靈活測(cè)量，滿足復(fù)雜樣品測(cè)試需求

美能UVPLUS SE光譜橢偏儀不僅能夠精確測(cè)量薄膜的厚度和光學(xué)特性，還能在沉積過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)薄膜的質(zhì)量。通過美能光譜橢偏儀的高精度測(cè)量，我們能夠優(yōu)化工藝參數(shù)，從而制備出高質(zhì)量的Al2O3薄膜。這一技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了薄膜的沉積效率，還顯著提升了電池的性能和穩(wěn)定性。

原文出處：Preparation of Al2O3 thin films by RS-ALD and edge passivation applicationfor TOPCon half solar cells

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