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dede重工蓝色企业免费网站模板,网站推广排名外包,福州免费项目建设管理系统,wordpress 手机模板在晶体硅太阳能电池领域#xff0c;隧穿氧化层钝化接触#xff08;TOPCon#xff09;技术是突破效率瓶颈的关键方向#xff0c;其钝化性能直接决定电池效率。目前#xff0c;TOPCon结构的制备严重依赖氢化工艺来中和缺陷#xff0c;但传统方法面临钝化效果提升有限、工艺…在晶体硅太阳能电池领域隧穿氧化层钝化接触TOPCon技术是突破效率瓶颈的关键方向其钝化性能直接决定电池效率。目前TOPCon结构的制备严重依赖氢化工艺来中和缺陷但传统方法面临钝化效果提升有限、工艺复杂且机理不清晰的问题。美能QE量子效率测试仪可用于精确测量太阳电池的EQE与光谱响应帮助优化界面工程和背接触设计从而提升电池的量子效率和整体性能。本文提出一种创新的氘化/氢化混合策略通过在气氛退火中引入氘同位素以D₂O形式来优化钝化过程。研究发现氢与氘在TOPCon结构中共存并产生协同效应当以1% D₂O的优化比例混合时能显著提升界面与体钝化质量使隐含开路电压大幅增加。该方案不仅利用了氘硅键更强的稳定性还通过简易的气氛退火工艺实现为开发高效、兼容产业化的TOPCon太阳能电池提供了新途径。实验方法实验采用n型c-Si衬底制备对称双面TOPCon结构poly-Si(n)/SiOₓ/c-Si(n)/SiOₓ/poly-Si(n)。关键步骤包括热生长超薄SiOₓ层、沉积磷掺杂非晶硅、高温晶化形成多晶硅最后进行气氛退火。退火在氮气保护下进行通过鼓泡法分别引入水蒸气H₂O、氘水D₂O或两者混合蒸气。系统优化退火温度、时间、升温速率及气体比例。氘钝化的可行性验证(a) 制备于c-Si衬底上的TOPCon结构截面高分辨扫描透射电子显微镜图(b) O Kα与Si Kα的EDS元素分布图(c) 多晶硅(n)薄膜内硅原子相的选区电子衍射分析结果(d) 和 (e) 与(a)图中所示多晶硅(n)/SiO₂区域对应的傅里叶变换衍射花样(f) (a)图中选定区域的几何相位分析结果(a) 仅由洗气瓶和退火炉组成的气氛退火装置示意图(b) 分别以超纯水和D₂O作为氢源与氘源双面钝化样品钝化性能提升的对比以隐含开路电压为标准(c) 水蒸气气氛退火氢化后通过纯D₂O处理进行二次氘补充对隐含开路电压的影响(d) 氘化工艺中气氛退火条件的优化温度与升温速率(e) 使用氢/氘源混合物时D₂O比例对隐含开路电压提升的影响微观结构分析表明氘引入未改变TOPCon各层的晶体结构与界面形貌说明氘化过程具有良好的结构兼容性。电学测试显示在优化条件下纯氘退火可使iVOC提升约7 mV虽略低于纯氢退火约10 mV但已证明氘同样具备有效钝化能力。进一步研究发现氘钝化的最佳退火温度约500°C高于氢钝化约450°C且对升温速率更敏感这可能与氘-硅键合需要更高激活能有关。氢/氘混合策略的协同效应(a)-(c) 经不同气氛水蒸气、D₂O、1% D₂O退火处理后制备的多晶硅/SiOₓ/c-Si叠层结构通过二次离子质谱分析获得的元素分布剖面。分析元素包括O相关蓝色、P相关深黄色、H相关灰色和D相关红色(d) 和 (e) c-Si/SiOₓ界面区域信号的放大视图H相关和D相关。附表显示了各峰强度水平通过调节退火气氛中D₂O与H₂O的比例发现当D₂O占比为1% 时钝化效果最佳iVOC提升达15 mV显著优于单一氢或氘处理。SIMS分析表明氢的快速扩散与氘的较强键合能力产生互补氢能迅速钝化大量浅层缺陷而氘则在界面及多晶硅体内形成更稳定的钝化结构。两者协同还能优化磷掺杂分布形成更陡峭的浅结有利于载流子传输并降低俄歇复合。机理深入分析(a)-(d) H₂O和D₂O分子在不同硅衬底上的吸附模型(e)-(h) 上述案例的电荷密度差图(a) D₂O分子中D和O原子的投影态密度图作为参考(b)-(e) 不同吸附模型分别对应案例I–IV下表面吸附过程后D、H、O和Si原子的投影态密度图(a)-(d) 不同吸附配置下吸附体系的晶体轨道哈密顿布居图谱其为键合能量的函数表面电势变化KPFM显示经1% D₂O混合退火的样品表面功函数降低表明界面态减少、能带弯曲增强有利于场效应钝化。键合特性DFT计算证实D₂O在富含悬挂键的硅表面吸附能更低、电荷转移更显著且氘与硅的键合强度高于氢。元素分布SIMS显示氘处理可引起界面氧原子重排这可能有助于缓解界面应变并优化缺陷结构。电池性能验证(a) 采用新型氘化/氢化混合策略制备的、具有全背电极的N型TOPCon太阳能电池在光照下的J-V曲线。同时显示了测试太阳能电池2 cm × 2 cm的性能参数以及具体的电池结构示意图(b) 太阳能电池的外量子效率结果基于1% D₂O混合退火工艺制备的n型TOPCon电池全背接触结构获得了效率23.19%开路电压694.3 mV短路电流密度41.30 mA·cm⁻²填充因子80.87%电池在300–900 nm短波范围内的外量子效率显著提升进一步证实了钝化效果的改善本研究创新性地提出了一种用于n型TOPCon太阳能电池的氘化/氢化混合钝化策略。通过优化浓度的气氛退火引入氘最佳条件为1% D₂O实现了氢与氘的协同作用显著提升了界面与体材料的钝化性能。理论计算证实氘与硅的键合强于氢稳定性更高尤其能有效钝化多晶硅体内的缺陷与悬挂键。当表面存在悬挂键时水分子可协同增强D₂O在横向与纵向的反应范围展现出优于传统氢钝化的吸附与钝化能力。基于此策略制备的验证电池取得了23.19%的效率各项电学参数显著提升证明了该方法的器件级可行性与应用潜力。该工作不仅为现有氢化工艺提供了一条有效的优化路径也为钝化接触工程引入了氢同位素这一新维度。未来研究将聚焦于工艺深度优化、其他氢同位素的探索以及器件长期稳定性评估。该方法与现有产线兼容初步验证具备可扩展性通过精准控制退火参数有望推动其在高效率TOPCon太阳能电池的大规模生产中应用为下一代光伏技术发展提供新动力。美能QE量子效率测试仪美能QE量子效率测试仪美能QE量子效率测试仪可以用来测量太阳能电池的光谱响应并通过其量子效率来诊断太阳能电池存在的光谱响应偏低区域问题。它具有普遍的兼容性、广阔的光谱测量范围、测试的准确性和可追溯性等优势。▶兼容所有太阳能电池类型满足多种测试需求▶光谱范围可达300-2500nm并提供特殊化定制▶氙灯卤素灯双光源结构保证光源稳定性美能QE量子效率测试仪通过精准测量电池在300-900 nm短波范围内的光谱响应为验证本研究中钝化性能的提升提供了关键实验数据。原文参考Enhanced passivation performance in n-type TOPCon solar cells via a novel deuteration/hydrogenation hybrid strategy