【交指式背接触太阳电池的展望与探究，碳中和会实现吗？】个好的FSF不仅可以增进在UV光照下的钝化质量 ， 同时在低照度情形下也可获得线性的电流响应[5
。Gong研究团队曾针对FSF的掺杂轮廓进行过详尽的研究 ， 发现较浅且淡的FSF结构可使电池短路电流得到最大的增益 。对IBC电池而言 ， 短路电流除了受到FSF的影响之外 ， 单位电池的宽度（cell pitch size）与射极面积也是决定短路电流的关键参数 。针对这个议题 ， Kluska研究团队就曾指出为了在IBC电池中达到最大化的短路电流 ， 射极面积应介于单位电池宽度的70%-80%。
对太阳光电产业来说 ， 不管对现阶段或是可预见的未来 ， 实现低成本制作高效率的太阳电池都是不可或缺的趋势 。为了加速这个趋势的进程 ， 过去十年内透过现行成熟技术实现低成本电池制程都已被大量的研究 ， 诸如常见的炉管扩散、湿式蚀刻、 PECVD氧化物/氮化物沉积、激光熔蚀、网印制程与网印式的铝硅合金化射极等等均在此列 。这些工艺改善的目的只有一个 ， 便是通过低成本的制造技术常态性的量产转换效率在20%之上的IBC电池 。总地来说 ， IBC电池的工艺门槛虽然受限于高的芯片生命周期要求 ， 但由于芯片阻值与芯片厚度对效率的影响较小 ， 因此平衡了芯片的固有成本。
三、交指式背钝化接触太阳电池制程整合 工研院绿能所硅基太阳电池研究室自2018年开始新型IBPC（Interdigitated Back Passivated Contact）技术开发 ， 以具有新型异质接面的背接式钝化接触太阳电池为开发重点 。利用近年异质接面技术开发新主流的穿隧氧化钝化接触电池的制造技术 ， 并透过新电极图案及结构设计突破IBC在成本及尺寸瓶颈 。采用传统的炉管方式 ， 解决设备昂贵及良率不佳的问题 。在图形化方面 ， 建置多功能激光开线平台与网印对位平台 。在钝化接触技术方面 ， 利用可批次生产的穿隧氧化层与多晶硅来达到优异的表面钝化效果 。针对新型IBPC太阳电池开发 ， 技术重点包括：（1）背电极图形优化设计：降低电极厚度 ， 缩短制程时间 ， 增加良率 ， （2）钝化接触技术开发：采用多晶硅钝化技术取代扩散制程 ， 改善均匀性并降低成本 ， （3）对位精准度技术开发：射极与金属电极接触面积增加使串联电阻下降、填充因子上升 。 我们首先找寻可以模拟交指式背接触（IBC）和异质接面（HJT）太阳电池的软件 。在已知的异质接面太阳电池结构 ， 由于沉积的非晶硅（a-Si）层有更好的表面钝化 ， 使得组件能有较高的开路电压（Voc）和短路电流（Jsc） ， 但往往导致非常低的填充因子（FF） ， 而IV曲线图呈现\"S\"形 。因此我们将提出新的IBPC太阳电池结构 ， 通过二维数值模拟（2D simulation）软件所提供的界面缺陷（interface defect）与接面能带（junction energy band）参数进行元件特性模拟 。更针对单层及多层结构特性 ， 确定重要参数之设定是否恰当 。结合实验结果与模拟可以解析IBPC太阳电池所需改进的相关参数 ， 进而简化实验的数量与确立达到25%效率所需之各项参数 ， 并提供实验规划的方向 。图4显示多晶硅钝化的背接式太阳电池结构 ， 结构分为5大区块 ， 包含：（1）前电场钝化区、（2）n-type多晶硅钝化区（n+ poly-Si）、（3）p-type多晶硅钝化区（p+ poly-Si）、（4）间隙钝化区、（5）电极与多晶硅接触区 。针对不同的区域 ， 需设计不同的实验以获得所需的参数 。所需的参数包含：影响太阳电池效率的各项因子 ， 光学与电性的影响 。效率计算的公式如下所示：ηη=FF×Voc×Jsc/PIN
其中FF为填充因子 ， Voc为开路电压 ， Jsc为短路电流 ， PIN为输入功率 。填充因子由串联与并联阻抗所影响 ， 开路电压则由晶片载子复合所影响 ， 短路电流则由光学特性与载子的复合所影响 。藉由输入各区块的参数 ， 可分析各区块对太阳电池效率各因子的影响 。
区块（1）为芯片受光面的钝化与光学抗反射的特性 ， 采用SiNx与SiOx两层结构 。实验设计上可以制作双面具有金字塔的芯片 ， 沉积SiNx与SiOx ， 萃取钝化参数逆向饱和电流（J0）与少数载子存活时间（lifetime） 。藉由光学量测可获得折射系数与消光系数 ， 做为光学特性模拟的参数 ， 并针对双层抗反射薄膜进行材料特性与厚度的最佳化 。区块（2）n型多晶硅钝化区（n+poly-Si）与区块（3）p型多晶硅钝化区（p+polySi）可藉由氧化层制作 ， 沉积n型或p型多晶硅于氧化层上 ， 进行参数萃取 。参数包含钝化特性与薄膜片电阻（sheet resistance）与接触电阻（contact resistance） 。钝化特性包含：逆向饱和电流、与少数载子存活时间 ， 用来决定钝化效果 ， 影响开路电压 。片电阻与接触电阻则影响了填充因子 ， 影响这两个因子的参数包含了氧化层的厚度、掺杂层的厚度、掺杂层的浓度与电极接触面积的大小（区块（5）） 。除此之外 ， n+poly-Si与p+poly-Si的宽度比例会影响载子收集的效果 。芯片吸收太阳光后会产生电子-电洞对 ， n+poly-Si用以收集电子 ， 而p+poly-Si用以收集电洞 。电子在内置电场作用下漂移（drift）移动到达电极 ， 因此拉大n+poly-Si的间距会造成阻值的增加 ， 影响填充因子 。相对地 ， p+poly-Si收集电洞 ， 电洞为少数载子 ， 主要以扩散（diffusion）方式移动到达电极 ， 故p+poly-Si的宽度与距离会影响载子的复合 。当p+poly-Si区域降低或间距拉大时 ， 会造成载子无法扩散至p+poly-Si区域而收集效率差 ， 影响短路电流 。因此在几何宽度与密度的设计上 ， 可藉由模拟来优化 。区块（4）为间隙钝化层 ， 间隙的钝化效果会影响开路电压 ， 因此借由此结构可以获得钝化相关的参数、少数载子存活时间与逆向饱和电流 。从参数结构之分析结果获得所需的参数 ， 进行模拟分析 ， 有助于进一步提升电池效率 ， 了解技术需改善的方向 ， 持续朝高效率太阳电池研发前进 。 目前工研院绿能所硅基太阳电池研究室制作之IBPC太阳电池组件利用n+ poly Si作为钝化电极 ， 可以减少IBPC组件吸光后的载子复合现象 ， 因此表面钝化将是组件制作的首要目标 。在背电极的制作上 ， 采用激光开孔及网印金属的技术 。激光开孔的目的是为了破坏介电层 ， 使导电层与网印金属能获得良好接触降低组件串联电阻 。由于正负电极皆位于背光面 ， 因此如何降低激光开孔的误差 ， 则能有效避免电极短路的问题 。由于激光工艺是在大气环境下进行 ， 在熔蚀过程中硅晶片表面会与周遭气氛中的氧气反应进而生成硅氧化层 ， 需透过氢氟酸（hydrofluoric acid ， HF）将这层氧化物移除 。经过制程优化后 ， 目前IBPC电池组件最终效率达24.03% 。
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