晶硅太阳电池效率已攀升至27.81%，逼近理论极限的95%，突破28%的门槛似乎近在咫尺。长期以来，优化前后表面的钝化接触是提升效率的主线，选择性接触技术已使常规电池效率普遍超过26%。然而，当这些主要损耗被逐一抑制后，切片工艺带来的边缘效应开始浮出水面：半片、叠瓦等组件形式虽然降低了电阻损耗，却大幅增加了未钝化边缘面积，导致载流子复合加剧，性能折损。先前对边缘钝化的研究多停留在中等效率器件，且未能揭示边缘复合与硅片电阻率之间的内在关联；高电阻率硅片虽有更低的体复合和更高的填充因子潜力，却在不良边缘钝化条件下因少子分布特性而损失更大。

本文通过理论建模、数值仿真和实验验证，证明高电阻率硅片必须与有效的原位边缘钝化协同使用，才能将理论优势转化为实际增益。该策略在HIBC电池上实现平均效率超过27.25%、填充因子突破87%，为高效电池进一步提效指明了方向。美能光伏非接触式IV测试仪支持PERC、TOPCon、HJT、BC全路线，零损伤、高精度、超高效，为高效电池的量产检测提供一个不需要妥协的选项。

实验方法

电池制备采用半片M10尺寸（182 mm×91 mm）、厚度175 μm的n型直拉硅片，电阻率分别为1.0–1.5 Ω·cm和8–10 Ω·cm。HIBC电池主流程含14道工序，包括湿法清洗、化学气相沉积、磷扩散、原子层沉积、激光图形化、物理气相沉积、隔离和丝网印刷。对照样品不进行边缘氮化硅沉积，使边缘SiOₓ/n-多晶硅叠层在后续湿法清洗中被去除，得到无边缘钝化的电池。

高电阻率硅片的理论优势和边缘钝化的必要性

（a）MPP处本征复合电流损失随硅片电阻率的变化，及其对FF₀和m的影响（b）硅片电阻率对iFF的影响，同时纳入外部复合因素（c）硅片电阻率和边缘钝化对电流密度损失及pFF的评估

在最大功率点注入水平（约5×10¹⁵ cm⁻³）下，本征复合损失随掺杂浓度升高而增加。低掺杂时高注入俄歇复合主导（理想因子m≈2/3），高掺杂时则转变为低注入俄歇复合主导（m≈1）。m值越小，填充因子潜力越大。高电阻率硅片因掺杂低，在高注入条件下更接近理想FF₀（本征硅的理论FF₀为89.26%）。仿真显示，当体SRH寿命大于10 ms时，高电阻率硅片确实具有更高的FF潜力。

外部复合（体SRH和表面SRH）也会影响隐含填充因子iFF。对于高电阻率硅片（8 Ω·cm，τSRH=20 ms），降低复合前因子J₀₁可从10 fA/cm²到1 fA/cm²带来1.89%（绝对值）的iFF增益，比低电阻率样品高0.22%（绝对值）。高电阻率硅片掺杂浓度低，生长中引入杂质少，更容易获得高的体SRH寿命，从而进一步拉开差距。实验上，在抛光硅片对称沉积本征非晶硅层后，高电阻率硅片平均iFF为87.57%，比低电阻率高出0.66%，与仿真一致。

但高电阻率硅片的优势并非无条件成立。以HIBC电池为仿真平台，在不良边缘钝化（Sedge=10³ cm/s）下，高电阻率硅片因边缘复合导致的电流密度损失反而更大，总损失增加，pFF降低。而在有效边缘钝化（Sedge=10⁰ cm/s）下，高电阻率硅片的总损失被显著抑制，pFF大幅回升。这说明边缘钝化与高电阻率硅片必须同时具备，缺一不可。

载流子动力学机制

（a）（b）Quokka3仿真得到电流密度-电压曲线（c）在0.660 V下的孔电流密度Jhol矢量图，叠加过剩载流子浓度Δn分布（d）载流子输运的“水库-闸门”类比

仿真边缘区域（1260 μm宽）的J-V曲线显示，有效边缘钝化时高电阻率硅片性能更优，不良钝化时则相反。边缘复合电流密度的提取结果同样表明，低Sedge下边缘复合可忽略，体复合起主导作用，高电阻率硅片因寿命长而占优；高Sedge下边缘复合在高电阻率硅片中增长更快，完全抵消其优势。

孔电流密度矢量图进一步揭示：有效边缘钝化使边缘电流流向空穴传输层（HTL）被高效收集，高电阻率硅片因寿命长获得更高Jhol。不良钝化下，边缘成为复合漏点，HTL仅能收集部分电流。高电阻率硅片在不良钝化下受影响范围更大，原因在于其掺杂浓度低，为维持相同工作电压，空穴准费米能级需更靠近价带，导致HTL界面处少子浓度更高，收集效率下降，对边缘复合更敏感。

用“水库-闸门”类比：体硅为水库，HTL为闸门（高度代表少子浓度）。有效边缘钝化（左阀关闭）抑制复合，水库保持高水位，与HTL形成梯度，利于收集。高电阻率硅片HTL闸门较高，本不利于提取，但配合长寿命和有效钝化，水库仍能维持高水位，梯度依然足够。不良钝化（左阀打开）时边缘复合如排水口，迅速降低水位，高、低电阻率硅片水位趋于相同，但高电阻率硅片HTL闸门较高，导致梯度更平，收集更差。因此高电阻率优势只有在有效边缘钝化下才能兑现。

边缘钝化的实验证实

（a）HIBC太阳电池结构示意图（b）硅片边缘的TEM图像（c）有/无PET的边缘区域激光束诱导电流（LBIC）分布曲线

HIBC电池边缘在N接触制备中原位形成SiOₓ/n-多晶硅叠层，TEM确认了n-c-Si/SiOₓ/n-多晶硅/a-Si/ITO结构，SiOₓ界面层约1 nm。LBIC从边缘向内扫描，有效边缘钝化使电流收集提高33.7%，证实了边缘钝化对载流子收集的积极作用。

器件性能汇总

（a）高/低电阻率硅片在有/无PET条件下的PCE和（b）pFF箱线图。

四组电池（不同电阻率，有/无PET）的pFF数据显示：无有效钝化时，高电阻率电池pFF比低电阻率低0.22%（绝对值）；引入原位边缘钝化后，低电阻率pFF提升0.48%，高电阻率提升1.04%，高电阻率从落后0.22%反转为领先0.34%。pFF由Suns-VOC测得，排除了串联电阻影响。高电阻率电池在短路电流和开路电压上因复合减少也略占优。最终，低电阻率电池效率提升0.34%，高电阻率提升0.64%，后者增益几乎翻倍。高电阻率电池平均效率超过27.25%。

高电阻率硅片与有效边缘钝化之间存在明确的协同效应，二者结合可带来远超单项优化的性能增益。该策略在HIBC电池上实现了平均效率>27.25%和pFF>87.21%。这一协同思路同样可为其他硅基电池技术提供参考，助力向更高效率目标迈进。

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原文参考：Synergistic effect of high-resistivity wafers and edge passivation in unlocking the performance of silicon back contact solar cells