晶硅太陽能電池的表面鈍化一直是設計和優化的重中之重。從早期的僅有背電場鈍化，到正面氮化硅鈍化，再到背面引入諸如氧化硅、氧化鋁、氮化硅等介質層的鈍化局部開孔接觸的PERC/PERL設計。雖然這一結構暫時緩解了背面鈍化的問題，但并未根除，開孔處的高復合速率依然存在，而且使工藝進一步復雜。近幾年來，一種既能實現背面整面鈍化，且無需開孔接觸的技術成為機構研究的熱點，這就是鈍化接觸(PassivatedContact)技術。當電池兩面均采用鈍化接觸時，還可能實現無需擴散PN結的選擇性接觸(SelectiveContact)電池結構。本文將詳細介紹鈍化接觸技術的背景，特點及研究現狀，并討論如何使用這一技術實現選擇性接觸電池。

表面鈍化的演進鈍化的“史前時代”

在90年代之前晶硅電池商業化生產的早期，太陽能電池制造商已經開始采用絲網印刷技術，但與我們如今使用的又有所不同。主要的區別在于兩點：首先當時的正面網印銀漿沒有燒穿(Fire-through)這一功能，因此在當時的生產線上，需要先進行網印，而后沉積當時的TiO2減反射層。另一個區別在于當時的銀漿與硅形成有效歐姆接觸的能力較差，只有與高摻雜的硅才可以接觸良好。由于TiO2沒有很好的鈍化功能，人們在當時并沒有過多的考慮鈍化。而且由于減反射層在金屬電極之上，因此沉積的時候需要用模版遮擋主柵，以便后續的串焊。

雖然這一時期，在實驗室中，科研人員已經采用SiO2鈍化電池表面，并取得不俗的開路電壓和效率。

SiNx：H第一次進化

90年代，科研機構和制造商開始探索使用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)技術制備含氫的氮化硅(SiNx：H)薄膜用作電池正面的減反射膜。其中原因之一在于相對合適的折射率，但更重要的原因則在于氮化硅優良的的鈍化效果。氮化硅除了可以飽和表面懸掛鍵，降低界面態外，還通過自身的正電荷，減少正面n型硅中的少子濃度，從而降低表面復合速率。SiNx中攜帶的氫可以在燒結的過程中擴散到硅片中，對發射極和硅片的內部晶體缺陷進行鈍化，這對品質較低的多晶硅片尤其有效，大幅提高了當時太陽能電池的效率。

伴隨著鈍化材料上的創新，銀漿材料與燒結工藝上的變革也同時到來，那就是可以燒穿的漿料和共燒(Co-firing)燒結工藝。有了燒穿特性后，可以先進行減反射膜的沉積，后網印漿料，然后燒結。由于順序的顛倒，不用再擔心金屬柵線上覆蓋的減反射層影響焊接，也省去了沉積TiO2需要的部分遮擋。同時人們發明了將正反面漿料一次燒結的共燒工藝，在一次燒結中，正面的銀漿穿過SiNx與硅形成接觸，而背面的鋁漿也同步形成背面電極和背電場(backsurfacefield)。這一系列改進大大簡化了絲網印刷電池的工藝，并逐漸成為了晶硅電池生產的主流。

太陽能電池表面鈍化結構的演進

AlOx第二次進化

隨著電池正面的鈍化效果和接觸性能由于SiNx的使用和銀漿改進在不斷提高，進一步優化正面已經進入瓶頸階段，人們把視線投向了另一個復合嚴重的區域，那就是電池的背表面。雖然在傳統絲網印刷的晶硅電池中，鋁背場可以減少少子濃度，減少復合，但仍然無法與使用介質層帶來的鈍化效果相比較。其實背面的介質層鈍化也非新鮮話題，UNSW早在90年代就提出了發射極和背面鈍化(PERC)結構以及發射極和背面鈍化局部擴散(PERL)結構，在早期設計中，這兩種結構都在背面采用氧化硅層鈍化，局部開孔實現點接觸以減少非鈍化區域的面積。兩者的區別在于是否在開口區域進行局部摻雜擴散，局部擴散增加工藝難度，但會形成局部背電場，減少接觸部分的復合速率。但高品質氧化硅的生長需要較高的溫度，對于已經經過高溫擴散的硅片來說，為減少對體少子壽命的影響，應盡量減少長時間的高溫工藝，因此對其他材料的搜索在2000年左右提上議事日程。

既然SiNx已經在電池正面證明有諸多好處，那能否在背面繼續使用這一材料呢。答案是否定的，上面已經提到，SiNx鈍化的機制之一在于利用其正電荷減少正面n型區的少子濃度，可是到了p型的背面，其正電荷將有可能在背面誘導形成一層n型反轉層(inversionlayer)，這會造成背面的旁路損失，影響電流，降低電壓和填充因子。

那么問題來了，鈍化背面究竟哪家強呢?在歐洲幾家研究機構的努力下，一種對光伏研究人員并不陌生的材料的又一次走到臺前，那就是氧化鋁(AlOx)。其不但像SiNx一樣可以鈍化表面缺陷，還擁有與SiNx相反的負電荷，正是因為這一點，在p型硅背面使用AlOx鈍化層，不但不會形成反轉層造成漏電，反而會增加p型硅中多子濃度，降低少子濃度，從而降低表面復合速率。不過AlOx的使用也需要伴隨這工藝的改進和設備的進步，例如解決高速沉積AlOx的問題，氧化鋁本身的不穩定性以及良品率較低等問題。

選擇性接觸電池能帶圖

鈍化接觸，第三次進化？

PERC以及PERL結構的電池已經擁有相對完善的表面鈍化結構，不過將背面的接觸范圍限制在開孔區域，除了增加了工藝的復雜度外，開孔的過程采用不同的工藝還會對周圍的硅材料造成不同程度的損傷，這也額外的增加了金屬接觸區域的復合。由于開孔限制了載流子的傳輸路徑，使之偏離垂直于接觸面的最短路徑并擁堵在開口處，增大了填充因子的損失。有沒有一種辦法即能降低表面復合，又無需開孔呢。這就需要提到近幾年呼聲高漲的鈍化接觸(PassivatedContact)技術。

假設我們能找到這樣一種材料或結構，其滿足(1)擁有良好的表面鈍化效果;(2)分離準費米能級;(3)可以高效傳輸一種載流子。那么就可以把這一結構用于電池的表面，形成即滿足鈍化要求，又無需開孔即可傳輸電流的鈍化接觸。

德國弗勞恩霍夫太陽能研究所已經開發出一項名為TOPCon(TunnelOxidePassivatedContact，隧穿氧化層鈍化接觸)的技術。研究人員首先在電池背面用化學方法制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結構，這兩層材料為硅片的背面提供了良好的表面鈍化，而由于氧化層很薄，硅薄層有摻雜，多子可以穿透這兩成鈍化層，而少子則被阻擋，如果在其上再沉積金屬，就可以得到無需開孔的鈍化接觸。這一技術的詳細信息我們將在下文中討論。

不過這樣的鈍化接觸只能用在電池背面嗎，如果用在正面會怎樣?

HIT異質結電池能帶圖

沒有擴散PN結的太陽能電池

其實這并非一個新鮮的問題，雖然鈍化接觸電池這一說法近兩年才出現，但其所描述的結構確實不折不扣的早已為科學家們所研究。這種通過外加材料和結構彎曲能帶，而非電池吸收層本身摻雜，來實現對載流子選擇性通過的表面接觸設計，我們稱為選擇性接觸(SelectiveContact)電池，而這一設計與我們傳統認識中的通過擴散得到PN結的電池有根本的不同。

雖然我們現在常見的電池有高溫擴散得到的PN結，而PN結的內建電場被認為是分離光生載流子并讓太陽能電池發電的動力。而其實太陽能電池并不一定必須要有明確的PN結。上世紀70年代，MartinGreen教授就提出了無需擴散PN結的金屬-絕緣層-半導體(MIS)結構太陽能電池。1985年，EliYablonovitch教授就提出理想的太陽能電池應該是“采用兩個異質結來設計”，即將吸收材料置于兩個寬帶隙材料之間。而SunPower的創始人之一RichardSwanson博士也在10年前預測接近理論效率的晶硅太陽能電池應“在硅和金屬之間，放置一層寬帶隙材料構成異質結”。這些結構都指向選擇性接觸電池。