隧穿氧钝化接触（TOPCon）晶体硅太阳电池被广泛认为是下一代大规模产业化运用的光伏技术，其目前产业化效率已经达到25.0%以上（2023年8月数据，因测试方法差异，各家略有不同）；2023年全国累计已建/待建TOPCon电池产能高达1430 GW（8月统计数据），市场前景广阔。对于PECVD技术路线的TOPCon电池来说，提高其光电转换效率的关键在于有效抑制多晶硅易爆膜、降低材料寄生吸收，以及进一步提升TOPCon钝化性能。目前，利用掺杂工程制备的新型多晶硅薄膜可有效解决TOPCon遇到的上述问题，但是如何兼顾高效的钝化和电学传输性能仍具有挑战性。

　　近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体团队在叶继春研究员和曾俞衡研究员的带领下，在前期TOPCon电池研究的基础上（Energy Environ. Sci. 2021,14, 6406；Cell Rep. Phys. Sci. 2021,2,1; Sol. RRL: 2021,5, 2100644; 2023,7,2201082; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2021,223, 110970; 2021 230 111229; 2022,238,111586; 2022,240,111713; 2022,243,111803; 2022,250, 112047; 2023,257,112354; 2023,257,112393），在高效TOPCon电池领域取得了新进展。该团队基于新型掺氮多晶硅，提出了双功能多晶硅层结构设计——掺氮多晶硅可提供优异的钝化性能并可以有效抽取载流子，常规多晶硅可提供良好的电学接触性能并可以有效输运载流子；该设计的应用使得TOPCon结构获得了优异的钝化性能（隐含开路电压iV_oc～755 mV, 复合电流J₀～0.7 fA/cm²）和接触性能（接触电阻率ρ_c＜5 mΩ·cm²），其选择性因子达到16，如图1。此外，通过钝化和接触性能提升，实验室概念验证TOPCon电池（4 cm²）的效率得到了显著提升，达到25.53%，如图2。进一步通过实验和第一性原理计算对掺氮多晶硅的原理性问题进行了探究，如图3。研究表明，氮原子的掺入有利于维持多晶硅结构的稳定性，有效捕获氢原子以防止其溢出；更多的氢原子可以有效钝化悬挂键，降低界面态密度；此外氮原子还可有效调节多晶硅的光学带隙和TOPCon的能带结构，使其可以获得更好的光学和电学钝化性能。综上所述，该研究为高效TOPCon电池设计，特别是双面接触和全背面接触的设计，以及新型多晶硅在产业化上的应用提供借鉴意义。

　　该工作以“Regionalizing nitrogen doping of polysilicon films enabling high-efficiency tunnel oxide passivating contact silicon solar cells”为题发表于Small（DOI: smll.202304348）。宁波材料所2022级博士生刘尊珂、北京大学深圳研究生院博士后林则东为共同第一作者，宁波材料所杨阵海、曾俞衡研究员和叶继春研究员为本文共同通讯作者。

　　该研究得到了国家自然科学基金（61974178、61874177）、宁波市“创新2025”重大工程（2022Z114、2020Z098）、浙江省重点研发项目（2021C01006）等项目的支持以及浙江大学硅材料国家重点实验室的帮助。

图1 双功能层设计TOPCon结构的钝化、接触性能及选择性因子

图2 TOPCon电池光电性能及认证效率

图3 第一性原理计算

中国科学院宁波材料所