Powyżej 26,3% wydajności: co zostało z tyłu?
Spis treści
Krótka odpowiedź: Przy wydajności ogniwa powyżej 26,3% przednia strona ogniwa TOPCon jest bliska optymalizacji, a pozostały zapas znajduje się na tyle. To napędza przejście w kierunku pełnopowierzchniowych kontaktów tylnych typu p i lokalnych palców polikrzemowych, które zmieniają sposób, w jaki tył zbiera prąd, oraz ile powierzchni przeznacza się na pasywację w porównaniu z kontaktem. Mierzone struktury obejmują stos tylny z warstwami o grubości około 1 nm, 1,5 nm, 36 nm i 90 nm, kontakt pełnopowierzchniowy oraz etap procesu tylnego w temperaturze około 650 °C, przy czym napięcia obwodu otwartego podano na poziomie 1,961 V dla omawianych urządzeń. Każdy z tych wymiarów równoważy rezystancję kontaktu względem rekombinacji, a optimum przesuwa się w miarę poprawy przedniej strony. Na linii produkcyjnej oznacza to, że recepta tylna staje się zmienną aktywną, a nie stałym elementem procesu.
Produkcja modułów PV · autor: Jerry, Ooitech
Powyżej 26,3% sprawności — co jeszcze można zoptymalizować z tyłu?
„Lao Zhang, ogniwo o sprawności 26,66% wykorzystywało pełną strukturę typu p TOPCon z tyłu. W publikacji o sprawności 26,34% przód zmieniono na zlokalizowane palce n-TOPCon, a tył stał się kontaktem p-TOPCon na całej powierzchni. Czy stos dwuwarstwowy SiOx/poli-Si jest nadal taki sam?”
To było pytanie uzupełniające od naszego zespołu procesowego po tym, jak wczoraj zakończyliśmy omawianie ogniwa o sprawności 26,66%.
Podstawowa tylna architektura dwuwarstwowa jest niemal skopiowana z konstrukcji 26,66%, ale strona p-TOPCon wprowadza trzy pokrętła regulacyjne, których ogniwo 26,66% nie dotknęło. Strategia przedniej strony jest również zupełnie inna. Odsuwa się od emitera borowego o wysokiej rezystancji 430 Ω/□ i zmierza w kierunku zlokalizowanych palców n-TOPCon. To dwa bardzo różne podejścia do redukcji rekombinacji.
Praca Gao K. i in. o sprawności 26,34% może być postrzegana jako siostrzane badanie z tylnym złączem względem pracy o sprawności 26,66%. Czytanie obu razem daje jaśniejszy obraz tego, co może być wymagane, aby zbliżyć się do 27% sprawności.
Gao, K. i in. „Bifacial tunnel oxide passivating contacts for silicon and perovskite/silicon tandem solar cells with improved efficiency.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Trzy liczby stojące za ogniwem o sprawności 26,34%
Sprawność jednozłączowa: 26,34% na 335,5 cm², z Voc 743,2 mV, FF 85,0% i Jsc 41,69 mA/cm².
Sprawność tandemowa: 32,73%, z wykorzystaniem górnego ogniwa perowskitowego o Eg 1,68 eV. Voc tandemu osiągnął 1,961 V, a 80% początkowej wydajności pozostało po 2000 godzinach śledzenia MPP.
Definicja strukturalna: przednie zlokalizowane palce n-TOPCon w układzie złącz tylnych, w połączeniu z całopowierzchniowym dwuwarstwowym tylnym kontaktem p-TOPCon. Jest to zasadniczo odwrócenie lustrzane konwencjonalnego TOPCon, który normalnie wykorzystuje przedni emiter borowy i tylny kontakt n-TOPCon.
Tylny kontakt dwuwarstwowy: ten sam szkielet, ale trzy różne parametry procesu
Tylny kontakt o sprawności 26,66% wykorzystuje SiOx / lekko domieszkowany n+ poly-Si / SiOx / silnie domieszkowany n+ poly-Si, z fosforem jako domieszką.
Tylny kontakt o sprawności 26,34% wykorzystuje SiOx / p+ poly-Si o grubości 36 nm / SiOx / p+ poly-Si o grubości 90 nm, z domieszkowaniem borem.
Obie struktury mają tę samą podstawową sekwencję: dolny SiOx, wewnętrzny poly-Si, pośredni SiOx i zewnętrzny poly-Si. Wersja p-TOPCon musi jednak zmierzyć się z długotrwałym problemem.
p-TOPCon zawsze borykał się z kompromisem między pasywacją a kontaktem. Bor może generować więcej defektów na granicy Si/SiO₂ niż fosfor, a metalizacja p+ poly-Si jest trudniejsza z powodu ograniczeń transportu dziur i słabszego oddziaływania między konwencjonalną pastą srebrną a p+ poly-Si.
| Element porównania | Tylny kontakt 26,66%: całopowierzchniowy n-TOPCon | Tylny kontakt 26,34%: całopowierzchniowy p-TOPCon |
|---|---|---|
| Polaryzacja domieszki | Fosfor, n+ | Bor, p+ |
| Grubość wewnętrznego / zewnętrznego poly-Si | Około 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; grubsza warstwa zewnętrzna zapewnia większy margines dla dyfuzji boru i metalizacji |
| Pośredni SiOx | Około 1,5 nm, utleniany termicznie w 620°C | Około 1 nm, tworzony przez in-situ utlenianie termiczne w 650°C; cieńszy, ponieważ tunelowanie dziur jest już trudniejsze po stronie p+ |
| Wyżarzanie | Szacowany zakres 880–920°C w poprzedniej analizie | Wstępne wyżarzanie w 1050°C przez ponad 30 sekund, osiągając 98% krystaliczności i podnosząc implikowane Voc do 747 mV |
| Pasta srebrna | Konwencjonalna pasta, w połączeniu z zewnętrzną warstwą amorficzną w celu ograniczenia penetracji Ag | Pasta modyfikowana tlenkiem metalu alkalicznego z 4% wag. Na₂O/K₂O i gruboziarnistym proszkiem srebra, obniżająca rezystywność kontaktu do 0,55 mΩ·cm² |
| Morfologia tylnej strony | Konwencjonalne polerowanie tylnej strony | Planaryzowane polerowanie tylnej strony, ponieważ p-TOPCon jest bardziej wrażliwy na teksturę powierzchni i wymaga niższego J₀ |
| Główny cel | Zablokować penetrację Ag przy zachowaniu pasywacji | Zablokować penetrację Ag, stłumić defekty międzyfazowe związane z borem i poprawić metalizację p+ poly-Si |
Raportowane dane procesowe obejmują in-situ utlenianie tylnej strony w 650°C, warstwę pośrednią SiOx o grubości około 1 nm, domieszkowanie borem na poziomie 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% krystaliczności po wstępnym wyżarzaniu w 1050°C, implikowane Voc 747 mV oraz rezystywność kontaktu 0,55 mΩ·cm² przy użyciu pasty modyfikowanej metalem alkalicznym z gruboziarnistym proszkiem srebra.
Jeden szczegół łatwo przeoczyć. Zewnętrzna warstwa p+ poly-Si ma grubość 90 nm, o 50% grubsza niż około 60 nm zewnętrzna warstwa stosowana po stronie n-TOPCon.
To nie jest przypadkowy wzrost. Bor ma niższą rozpuszczalność stałą w poly-Si niż fosfor, więc silnie domieszkowana sekcja wymaga większej grubości, aby zmniejszyć rezystywność kontaktu. Jednocześnie etap wstępnego wyżarzania w 1050°C wgłębia bor do wnętrza. Grubsza warstwa zewnętrzna pomaga zapobiec penetracji boru i uszkodzeniu dolnej warstwy SiOx.
To jest przeciwieństwo strategii n-TOPCon, gdzie warstwa zewnętrzna może pozostać cieńsza i bardziej amorficzna.
Strona przednia: strategia 430 Ω/□ zostaje zastąpiona przez lokalizację
Pytanie pozostawione przez poprzednie badanie brzmiało, czy strategia wysokorezystancyjnego emitera borowego 430 Ω/□ nadal będzie miała zastosowanie do palcowego kontaktu przedniego n-TOPCon.
Odpowiedź ogniwa 26,34% jest jasna: nie. Konstrukcja przenosi się na inny tor.
Ogniwo 26,66% wykorzystuje konwencjonalny emiter przedni dyfundowany borem o rezystancji powierzchniowej 430 Ω/□. Cienkie palce metalowe o szerokości około 10 μm kompensują słabszą przewodność poprzeczną.
Ogniwo 26,34% usuwa konwencjonalny przedni emiter borowy i zastępuje go wzorowanymi palcami n-TOPCon o szerokości około 210 μm, pozostawiając poly-Si tylko pod obszarami kontaktu metalicznego.
Mechanizm redukcji rekombinacji zmienia się zatem z rozcieńczania koncentracji domieszki poprzez wysoką rezystancję powierzchniową na zmniejszanie obszaru pokrytego przez poly-Si.
Tekstura jest modyfikowana jako pierwsza. Ozon i HF są stosowane do zaokrąglenia wierzchołków piramid. Zmniejsza to słabą pasywację i korozję pasty srebrnej wokół ostrych szczytów tekstury.
Do LPCVD wprowadzane jest gradientowe pole termiczne, czyli GTF. Pełna szerokość połówkowa pasma Ramana osiąga 8,4 cm⁻¹. Niższa wartość wskazuje na lepszą krystaliczność. Gradientowe pole termiczne poprawia zarówno poprzeczną, jak i pionową jednorodność temperatury oraz podnosi krystaliczność n+ poly-Si.
Domieszkowanie fosforem osiąga 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Jest to około jednego rzędu wielkości więcej niż stężenie fosforu stosowane w kontakcie tylnego 26,66%. Przednie palce n+ są projektowane pod kątem przewodności, a nie pasywacji całej powierzchni. Większość pracy pasywacyjnej wykonuje kontakt p-TOPCon na całej powierzchni tylnej.
Szerokość palca wynosi około 210 μm. Poly-Si pozostaje pod metalem, podczas gdy nieteksturowany obszar bez kontaktu pozostaje niepokryty. Znacznie zmniejsza to pasożytniczą absorpcję po stronie przedniej w porównaniu z kontaktem poly-Si na całej powierzchni.
Podejście 430 Ω/□ należy do ery emitera borowego. W strukturze n-TOPCon z palcami rekombinacja jest kontrolowana poprzez zlokalizowane pokrycie poly-Si, zaokrągloną teksturę powierzchni i poprawioną krystaliczność dzięki GTF-LPCVD, a nie poprzez samo zwiększanie rezystancji powierzchniowej.
Pomaga to wyjaśnić, w jaki sposób ogniwo 26,34% osiąga Voc 743,2 mV, blisko 744,6 mV raportowanych dla ogniwa 26,66%, jednocześnie uzyskując wyższy Jsc. Zlokalizowany kontakt przedni ogranicza pasożytniczą absorpcję, która pozostałaby w strukturze poly-Si na całej powierzchni przedniej.
Porównanie obok siebie dwóch siostrzanych konstrukcji 26%
Tylne dwuwarstwowe kontakty SiOx/poly-Si
| Warstwa lub proces | Tylny n-TOPCon 26,66% | Tylny p-TOPCon 26,34% | Główny powód różnicy |
|---|---|---|---|
| Dolny SiOx | Około 1,3–1,6 nm, wytwarzany w O₂ w 620°C | Około 1,8 nm, wytwarzany in situ w 650°C | Strona typu p wymaga silniejszej bariery przeciw penetracji boru, mimo że tunelowanie dziur jest trudniejsze |
| Wewnętrzny poly-Si | Około 40 nm, lekko domieszkowany fosforem i wysoce krystaliczny | 36 nm, lekko domieszkowany borem | Bor ma niższą rozpuszczalność stałą; cieńsza warstwa wewnętrzna może nadal zapewniać pasywację |
| Pośredni SiOx | Około 1,5 nm, utworzona w O₂ w 620°C | Około 1 nm, utworzona in situ | Tunelowanie jest bardziej wymagające po stronie typu p, więc warstwa pośrednia nie może być zbyt gruba |
| Zewnętrzny poly-Si | Około 60 nm, silnie domieszkowany fosforem i głównie amorficzny | 90 nm, silnie domieszkowany borem | Metalizacja p+ poly-Si jest trudniejsza, wymaga grubszej warstwy i zmodyfikowanej pasty |
| Wyżarzanie | Około 880–920°C | Wstępne wyżarzanie w 1050°C, osiągnięcie 98% krystaliczności | Bor wymaga wyższej temperatury aktywacji, a proces musi również kontrolować defekty interfejsu związane z borem |
| Pasta srebrna | Konwencjonalna pasta w połączeniu z amorficzną warstwą zewnętrzną | 4% mas. tlenku metalu alkalicznego plus gruby proszek srebra | Metalizacja p+ poly-Si pozostaje jednym z głównych wąskich gardeł procesu |
Porównanie strony przedniej
| Pozycja | 26,66% strona przednia | 26,34% strona przednia |
|---|---|---|
| Struktura | Emiter dyfuzyjny borowy na całej powierzchni | Zlokalizowane palce n-TOPCon o szerokości około 210 μm |
| Strategia kontroli rekombinacji | Wysoka rezystancja powierzchniowa 430 Ω/□ w celu rozcieńczenia domieszkowania | Zmniejszone pokrycie poly-Si w połączeniu z zaokrągloną teksturą |
| Tekstura powierzchni | Konwencjonalna tekstura odwróconych piramid | Zaokrąglone piramidy traktowane ozonem i HF |
| Osadzanie poly-Si | Nie dotyczy | GTF-LPCVD z FWHM Ramana 8,4 cm⁻¹ |
| Domieszka | Bor | Fosfor przy 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Co mówią oba artykuły o rozwoju kontaktów tylnych powyżej 26%
Połączone przesłanie jest dość bezpośrednie.
Na poziomie 25% nacisk położono na zachowanie warstwy tlenkowej w postaci pinhole. Na poziomie 26% rozwój przesunął się w kierunku struktur dwuwarstwowych SiOx/poli-Si oraz inżynierii metalizacji. Powyżej 26,3% ścieżki zaczynają się rozdzielać: tylne kontakty n-TOPCon dążą do dwustronnej synergii elektrycznej, podczas gdy tylne kontakty p-TOPCon zmierzają w kierunku układu złączowego tylnego z zlokalizowanymi przednimi palcami. Ten ostatni jest już bliski częściowej architekturze BC-TOPCon.
Pośrednia warstwa SiOx stosowana do blokowania penetracji srebra jest wspólną cechą obu dwuwarstwowych konstrukcji tylnego kontaktu. Strona p-TOPCon musi jednak rozwiązać trzy dodatkowe problemy:
Konieczny jest etap wstępnego wyżarzania w temperaturze 1050°C w celu aktywacji boru, zwiększenia krystaliczności i wyeliminowania problemów związanych z borem na granicy międzyfazowej.
Konieczna jest pasta srebrowa modyfikowana tlenkami metali alkalicznych, aby rozwiązać trudny problem metalizacji p+ poli-Si.
Polerowanie i planaryzacja strony tylnej stają się bardziej krytyczne, ponieważ p-TOPCon jest bardziej wrażliwy na teksturę powierzchni i jej wpływ na J₀.
Te kwestie nie były kluczowe dla konstrukcji n-TOPCon o sprawności 26,66%. Mówiąc prościej, dwóch warstw kontaktu p-TOPCon jest trudniejszy do wytworzenia niż jego odpowiednik n-TOPCon, ale może oferować wyższy potencjał Voc po opanowaniu procesu.
Dwóch warstw tylnego kontaktu p-TOPCon w ogniwie o sprawności 26,34% osiągnął implikowane Voc na poziomie 747 mV, nieco wyższe niż szacowany ogólny poziom implikowanego Voc omawiany dla konstrukcji o sprawności 26,66%.
Parametry linii produkcyjnej, które można zastosować bezpośrednio
Popraw polerowanie i planaryzację strony tylnej. Linia produkcyjna p-TOPCon nie powinna traktować polerowania strony tylnej jako procesu, który musi być jedynie „wystarczająco dobry”. Planaryzacja ma silniejszy wpływ na J₀ dwuwarstwowego kontaktu p-TOPCon niż na n-TOPCon.
Utwórz pośrednią warstwę SiOx in situ o grubości około 1 nm. Kopiowanie tlenku termicznego o grubości 1,5 nm stosowanego w strukturze n-TOPCon o sprawności 26,66% może zmniejszyć tunelowanie i pogorszyć FF po stronie typu p.
Wprowadź etap wstępnego wyżarzania w temperaturze 1050°C. Bez tej obróbki aktywacja boru i 98% krystaliczności są trudne do osiągnięcia, co czyni implikowane Voc na poziomie 747 mV mało prawdopodobnym.
Użyj pasty srebrowej modyfikowanej tlenkami metali alkalicznych. Zgłoszona formulacja wykorzystuje 4% wag. Na₂O/K₂O i gruby proszek srebra. Rezystywność kontaktu 0,55 mΩ·cm² jest trudnym celem dla strony p-TOPCon. Konwencjonalna pasta może powodować gwałtowny wzrost rezystancji szeregowej na kontakcie p+.
Kontroluj szerokość przedniego palca na poziomie około 210 μm. Dokładność wzorowania laserowego musi nadążać za węższą geometrią kontaktu. Dalsze zmniejszenie szerokości palca mogłoby ponownie obniżyć absorpcję pasożytniczą, ale uszkodzenie laserowe stosu dwuwarstwowego wymagałoby ponownej oceny.
Następne pytanie dla BC-TOPCon
Struktura o sprawności 26,34%, z przednimi palcami n-TOPCon i pełnopowierzchniowym dwuwarstwowym tylnym kontaktem p-TOPCon, jest w efekcie częściową wersją BC-TOPCon.
Następnym logicznym krokiem byłoby również zlokalizowanie tylnego kontaktu p-TOPCon, rozmieszczając tylne palce typu p i palce typu n w układzie naprzemiennym. Utworzyłoby to prawdziwą strukturę BC-TOPCon.
Rodzi to nowe pytanie. Czy pośrednia warstwa SiOx w zlokalizowanym tylnym kontakcie p-TOPCon powinna pozostać czystym SiO₂, czy powinna zostać zastąpiona przez SiOx domieszkowany azotem zgodnie ze ścieżką typu OGO w celu wzmocnienia pasywacji polowej? Inną opcją byłby stos AlOx/SiOx, wykorzystujący efekt polowy tlenku glinu wraz z dwuwarstwowym kontaktem SiOx/poli-Si.
Badanie o sprawności 26,34% nie zgłębiało tego zagadnienia, ponieważ jego tylny kontakt p-TOPCon pozostawał pełnopowierzchniowy i nie zależał od zlokalizowanej pasywacji polowej. Jednak gdy tylny kontakt typu p staje się palczasty, połączenie pasywacji polowej AlOx i dwuwarstwowej struktury SiOx/poli-Si może stać się poważną opcją następnego kroku.
Istnieje również pytanie procesowe związane z tandemem. Dolne ogniwo użyte w tandemie o sprawności 32,73% ma teksturowaną powierzchnię przednią. Symulacje na Rysunku 1 wskazują, że konfiguracja finger-TOPCon dwustronna może mieć wyższy potencjał tandemowy niż pełnopowierzchniowa dwustronna struktura TOPCon.
Ale jak należy kontrolować jednorodność fotoluminescencji na teksturowanej powierzchni przedniej ze zlokalizowanymi palcami n-TOPCon? Nadmierna energia lasera może miejscowo wypalić lub spłaszczyć wierzchołki piramid. Może to zużyć część okna procesowego utworzonego przez obróbkę zaokrąglonych piramid.
W trzech badaniach — od ogniwa Das Solar o sprawności 25,4% do ogniw o sprawności 26,66% i 26,34% — logika kontaktu tylnego przeszła przez trzy generacje: kontrola pinhole w tlenku, dwuwarstwowa ochrona przed penetracją srebra, a na końcu dwuwarstwowy p-TOPCon w połączeniu z metalizacją modyfikowaną metalami alkalicznymi.
Opinia Ooitech
Okno procesowe jest tu prawdziwym wąskim gardłem. Gdy p-TOPCon przechodzi od pełnopowierzchniowego kontaktu tylnego w kierunku zlokalizowanych palców BC, rezystywność kontaktu, uszkodzenia laserowe, aktywacja boru i pasywacja polowa będą musiały być optymalizowane jako jeden sprzężony system. Cieńsza pośrednia warstwa SiOx może chronić FF, ale pozostawia również mniejszy margines przeciw penetracji srebra i uszkodzeniom interfejsu wywołanym borem. Następnym użytecznym wynikiem będzie taki, który zademonstruje to pełne okno integracji na płytkach o rozmiarze produkcyjnym, a nie tylko szczytową wartość sprawności.
Dalsza lektura i dane kontekstowe
Publiczne materiały referencyjne na ten temat, opublikowane przez organizacje, które utrzymują branżową mapę drogową technologii i dane rynkowe:
