Powyżej 26,3% sprawności, co jeszcze można zoptymalizować na tylnej stronie? Tylne kontakty typu n dążą do synergii bifacjalnej, podczas gdy tylne kontakty typu p zmierzają w stronę Bac
Spis treści
Powyżej 26,3% sprawności, co jeszcze pozostało do optymalizacji na tylnym kontakcie?
„Lao Zhang, ogniwo o sprawności 26,66% wykorzystywało pełną tylną strukturę p-TOPCon. W artykule o sprawności 26,34% przednia strona została zmieniona na zlokalizowane palce n-TOPCon, podczas gdy tylna stała się pełnopowierzchniowym kontaktem p-TOPCon. Czy dwuwarstwowy stos SiOx/poly-Si jest nadal taki sam?”
To było pytanie uzupełniające od naszego zespołu procesowego po zakończeniu wczorajszej dyskusji na temat ogniwa o sprawności 26,66%.
Podstawowa tylna dwuwarstwowa architektura jest prawie skopiowana z projektu 26,66%, ale strona p-TOPCon wprowadza trzy regulatory, których ogniwo 26,66% nie dotykało. Strategia przedniej strony jest również zupełnie inna. Odchodzi od wysokorezystancyjnego emitera borowego 430 Ω/□ w kierunku zlokalizowanych palców n-TOPCon. Są to dwa bardzo różne podejścia do redukcji rekombinacji.
Artykuł Gao K. i in. o sprawności 26,34% można postrzegać jako badanie bliźniacze z tylnym złączem do pracy o sprawności 26,66%. Czytanie ich razem daje jaśniejszy obraz tego, co może być potrzebne, aby osiągnąć sprawność blisko 27%.
Gao, K. i in. „Dwustronne pasywujące kontakty z tlenkiem tunelowym dla krzemowych i perowskitowo-krzemowych tandemowych ogniw słonecznych o zwiększonej wydajności.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Trzy liczby stojące za ogniwem o sprawności 26,34%
Sprawność pojedynczego złącza: 26,34% na powierzchni 335,5 cm², z Voc 743,2 mV, FF 85,0% i Jsc 41,69 mA/cm².
Sprawność tandemowa: 32,73%, przy użyciu perowskitowej górnej komórki o przerwie 1,68 eV. Napięcie Voc tandemu osiągnęło 1,961 V, a 80% początkowej wydajności utrzymało się po 2000 godzinach śledzenia MPP.
Definicja struktury: przednie zlokalizowane palce n-TOPCon w układzie tylnego złącza, połączone z pełnopowierzchniowym dwuwarstwowym tylnym kontaktem p-TOPCon. Jest to zasadniczo lustrzane odwrócenie konwencjonalnego TOPCon, który zwykle 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+ polikrzem / SiOx / silnie domieszkowany n+ polikrzem, z fosforem jako domieszką.
Tylny kontakt o sprawności 26,34% wykorzystuje SiOx / p+ polikrzem o grubości 36 nm / SiOx / p+ polikrzem o grubości 90 nm, z domieszką boru.
Obie struktury mają tę samą podstawową sekwencję: dolny SiOx, wewnętrzny polikrzem, pośredni SiOx i zewnętrzny polikrzem. Wersja p-TOPCon musi jednak radzić sobie 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+ polikrzemu jest trudniejsza ze względu na ograniczenia transportu dziur i słabsze oddziaływanie konwencjonalnej pasty srebrnej z p+ polikrzemem.
| Element porównania | Tylny kontakt 26,66%: pełnopowierzchniowy n-TOPCon | Tylny kontakt 26,34%: pełnopowierzchniowy p-TOPCon |
|---|---|---|
| Polaryzacja domieszki | Fosfor, n+ | Bor, p+ |
| Grubość wewnętrznego / zewnętrznego polikrzemu | Około 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; grubsza warstwa zewnętrzna zapewnia większy margines dla dyfuzji boru i metalizacji |
| Pośredni SiOx | Około 1,5 nm, utleniony termicznie w 620°C | Około 1 nm, utworzone przez termiczne utlenianie in-situ w temperaturze 650°C; cieńsze, 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, połączona z zewnętrzną warstwą amorficzną w celu ograniczenia penetracji Ag | Pasta modyfikowana tlenkiem metalu alkalicznego z 4% wag. Na₂O/K₂O i szorstkim proszkiem srebra, zmniejszająca rezystywność kontaktową do 0,55 mΩ·cm² |
| Morfologia tyłu | Konwencjonalne polerowanie tyłu | Spłaszczone polerowanie tyłu, ponieważ p-TOPCon jest bardziej wrażliwy na teksturę powierzchni i wymaga niższego J₀ |
| Główny cel | Zablokować penetrację Ag przy jednoczesnym utrzymaniu pasywacji | Zablokować penetrację Ag, stłumić defekty interfejsu związane z borem i poprawić metalizację p+ polikrzemu |
Zgłoszone dane procesowe obejmują utlenianie tyłu in-situ w 650°C, pośrednią warstwę SiOx o grubości około 1 nm, domieszkowanie borem na poziomie 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% krystaliczność po wstępnym wyżarzaniu w 1050°C, implikowane Voc 747 mV oraz rezystywność kontaktową 0,55 mΩ·cm² przy użyciu pasty modyfikowanej alkaliami z szorstkim proszkiem srebra.
Jeden szczegół łatwo przeoczyć. Zewnętrzna warstwa p+ polikrzemu ma grubość 90 nm, czyli o 50% więcej niż około 60 nm zewnętrzna warstwa stosowana po stronie n-TOPCon.
Nie jest to arbitralne zwiększenie. Bor ma niższą rozpuszczalność w polikrzemie niż fosfor, więc silnie domieszkowana sekcja potrzebuje większej grubości, aby zmniejszyć rezystywność kontaktową. Jednocześnie etap wstępnego wyżarzania w 1050°C wpycha bor do wewnątrz. Grubsza warstwa zewnętrzna pomaga zapobiec penetracji boru i uszkodzeniu dolnej warstwy SiOx.
Jest to 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 wysokorezystywnego emitera borowego 430 Ω/□ nadal będzie miała zastosowanie do palcowego kontaktu przedniego n-TOPCon.
Odpowiedź z ogniwa o sprawności 26,34% jest jasna: nie. Projekt wchodzi na inną ścieżkę.
Ogniwo o sprawności 26,66% wykorzystuje konwencjonalny borowy emiter przedni z rezystancją warstwy 430 Ω/□. Cienkie metalowe palce o szerokości około 10 μm kompensują słabsze przewodnictwo lateralne.
Ogniwo o sprawności 26,34% usuwa konwencjonalny borowy emiter przedni i zastępuje go wzorzystymi palcami n-TOPCon o szerokości około 210 μm, pozostawiając polikrzem tylko pod obszarami kontaktu metalicznego.
Mechanizm redukcji rekombinacji zmienia się zatem z rozcieńczania koncentracji domieszki poprzez wysoką rezystancję warstwy na zmniejszanie obszaru pokrytego polikrzemem.
Najpierw modyfikowana jest tekstura. Ozon i HF są używane do zaokrąglania wierzchołków piramid. Zmniejsza to słabą pasywację i korozję pasty srebrnej wokół ostrych szczytów tekstury.
Wprowadzono gradientowe pole termiczne (GTF) do LPCVD. Pełna szerokość w połowie maksimum (FWHM) Ramana osiąga 8,4 cm⁻¹. Niższa wartość wskazuje na lepszą krystaliczność. Gradientowe pole termiczne poprawia zarówno lateralną, jak i pionową jednorodność temperatury oraz zwiększa krystaliczność n+ polikrzemu.
Domieszkowanie fosforem osiąga 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Jest to około jeden rząd wielkości wyższe niż stężenie fosforu stosowane w tylnym kontakcie ogniwa 26,66%. Przednie palce n+ są zaprojektowane pod kątem przewodnictwa, a nie pełnoobszarowej pasywacji. Większość pracy pasywacyjnej wykonuje pełnoobszarowy tylny kontakt p-TOPCon.
Szerokość palca wynosi około 210 μm. Polikrzem pozostaje pod metalem, podczas gdy obszar teksturowany bez kontaktu pozostaje niepokryty. Znacznie zmniejsza to pasożytniczą absorpcję po stronie przedniej w porównaniu z pełnoobszarowym kontaktem polikrzemowym.
Podejście 430 Ω/□ należy do ery emitera borowego. W strukturze palcowej n-TOPCon rekombinacja jest kontrolowana poprzez zlokalizowane pokrycie polikrzemem, zaokrągloną teksturę powierzchni i poprawioną krystaliczność z GTF-LPCVD, a nie przez proste zwiększanie rezystancji warstwy.
Pomaga to wyjaśnić, w jaki sposób ogniwo o sprawności 26,34% osiąga Voc 743,2 mV, blisko 744,6 mV zgłoszonego dla ogniwa 26,66%, przy jednoczesnym uzyskaniu wyższego Jsc. Zlokalizowany kontakt przedni zmniejsza absorpcję pasożytniczą, która pozostałaby w pełnoobszarowej strukturze polikrzemu przedniego.
Porównanie obok siebie dwóch siostrzanych projektów o sprawności 26%
Tylne kontakty podwójnej warstwy SiOx/poly-Si
| Warstwa lub proces | 26.66% n-TOPCon tył | 26.34% p-TOPCon tył | Główna przyczyna różnicy |
|---|---|---|---|
| Dolna warstwa SiOx | Około 1,3–1,6 nm, utworzona w O₂ w 620°C | Około 1,8 nm, utworzona in situ w 650°C | Strona p-typu wymaga silniejszej bariery przed penetracją boru, mimo że tunelowanie dziur jest trudniejsze |
| Wewnętrzny polikrzem | Około 40 nm, lekko domieszkowany fosforem i wysoko krystaliczny | 36 nm, lekko domieszkowany borem | Bor ma niższą rozpuszczalność w stanie stałym; cieńsza warstwa wewnętrzna może nadal wspierać 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 p-typu, więc warstwa pośrednia nie może być zbyt gruba |
| Zewnętrzny polikrzem | Około 60 nm, silnie domieszkowany fosforem i głównie amorficzny | 90 nm, silnie domieszkowany borem | Metalizacja p+ polikrzemu jest trudniejsza, wymaga grubszej warstwy i zmodyfikowanej pasty |
| Wyżarzanie | Około 880–920°C | Wygrzewanie wstępne w 1050°C, osiągające 98% krystaliczności | Bor wymaga wyższej temperatury aktywacji, a proces musi również kontrolować defekty graniczne związane z borem |
| Pasta srebrna | Konwencjonalna pasta połączona z amorficzną warstwą zewnętrzną | 4% wag. tlenku metalu alkalicznego plus szorstki proszek srebra | Metalizacja p+ polikrzemu pozostaje jednym z głównych wąskich gardeł procesu |
Porównanie strony przedniej
| Element | 26.66% strona przednia | 26.34% strona przednia |
|---|---|---|
| Struktura | Emiter dyfundowany borem na całej powierzchni | Zlokalizowane palce n-TOPCon o szerokości około 210 μm |
| Strategia kontroli rekombinacji | Wysoka rezystancja warstwy 430 Ω/□ w celu rozcieńczenia domieszkowania | Zmniejszone pokrycie polikrzemem w połączeniu z zaokrągloną teksturą |
| Tekstura powierzchni | Konwencjonalna tekstura odwróconej piramidy | Zaokrąglone piramidy traktowane ozonem i HF |
| Osadzanie poli-Si | Nie dotyczy | GTF-LPCVD z FWHM Ramana 8,4 cm⁻¹ |
| Domieszka | Bor | Fosfor o stężeniu 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Co mówią dwa artykuły o rozwoju kontaktu tylnego powyżej 26%
Przekaz jest dość bezpośredni.
Na poziomie 25% skupiono się na zachowaniu otworów w warstwie tlenkowej. Na poziomie 26% rozwój przesunął się w kierunku podwójnych struktur SiOx/poli-Si i inżynierii metalizacji. Powyżej 26,3% ścieżki zaczynają się rozchodzić: kontakty tylne n-TOPCon dążą do bifacjalnej synergii elektrycznej, podczas gdy kontakty tylne p-TOPCon zmierzają w kierunku układu złączowego z lokalnymi palcami przednimi. To drugie jest już bliskie częściowej architekturze BC-TOPCon.
Pośrednia warstwa SiOx stosowana do blokowania penetracji srebra jest wspólną cechą obu projektów podwójnych kontaktów tylnych. Strona p-TOPCon musi jednak rozwiązać trzy dodatkowe problemy:
Konieczny jest etap wstępnego wygrzewania w temperaturze 1050°C w celu aktywacji boru, zwiększenia krystaliczności i stłumienia problemów związanych z interfejsem boru.
Modyfikowana tlenkiem metalu alkalicznego pasta srebrna jest potrzebna do rozwiązania trudnej metalizacji p+ poli-Si.
Polerowanie i planaryzacja tylnej strony stają się bardziej krytyczne, ponieważ p-TOPCon jest bardziej wrażliwy na teksturę powierzchni i jej wpływ na J₀.
Te problemy nie były kluczowe dla projektu n-TOPCon o wydajności 26,66%. Mówiąc wprost, podwójny kontakt p-TOPCon jest trudniejszy do wytworzenia niż jego odpowiednik n-TOPCon, ale może oferować wyższy potencjał Voc po opanowaniu procesu.
Podwójny tylny kontakt p-TOPCon w ogniwie o wydajności 26,34% osiągnął implikowane Voc na poziomie 747 mV, nieco wyższe niż szacowany ogólny poziom implikowanego Voc omawiany dla projektu 26,66%.
Parametry linii produkcyjnej, które można zastosować bezpośrednio
Poprawić polerowanie i planaryzację tylnej strony. Linia produkcyjna p-TOPCon nie powinna traktować polerowania tylnej strony jako procesu, który musi być tylko „wystarczająco dobry”. Planaryzacja ma silniejszy wpływ na J₀ podwójnego kontaktu p-TOPCon niż w przypadku n-TOPCon.
Utworzyć pośrednią warstwę SiOx in situ o grubości około 1 nm. Kopiowanie 1,5 nm tlenku termicznego użytego w strukturze n-TOPCon o wydajności 26,66% może zmniejszyć tunelowanie i pogorszyć FF po stronie p-typu.
Wprowadź etap wstępnego wyżarzania w temperaturze 1050°C. Bez tej obróbki aktywacja boru i 98% krystaliczności są trudne do osiągnięcia, co sprawia, że implikowane Voc na poziomie 747 mV jest mało prawdopodobne.
Użyj pasty srebrnej modyfikowanej tlenkiem metalu alkalicznego. Opisywana formulacja zawiera 4% wag. Na₂O/K₂O oraz gruboziarnisty proszek srebra. Rezystywność kontaktowa 0,55 mΩ·cm² jest trudnym celem dla strony p-TOPCon. Konwencjonalna pasta może spowodować gwałtowny wzrost rezystancji szeregowej na kontakcie p+.
Kontroluj szerokość przednich palców na około 210 μm. Dokładność wzorowania laserowego musi nadążać za węższą geometrią kontaktu. Dalsze zmniejszenie szerokości palców mogłoby dodatkowo ograniczyć absorpcję pasożytniczą, ale uszkodzenia laserowe podwójnej warstwy wymagałyby ponownej oceny.
Kolejne pytanie dla BC-TOPCon
Struktura o sprawności 26,34% z przednimi palcami n-TOPCon i pełnoobszarowym tylnym kontaktem p-TOPCon z podwójną warstwą jest w istocie częściową wersją BC-TOPCon.
Kolejnym logicznym krokiem byłoby zlokalizowanie również tylnego kontaktu p-TOPCon, układając tylne palce typu p i typu n w naprzemienny wzór. To stworzyłoby prawdziwą strukturę BC-TOPCon.
Rodzi to nowe pytanie. Czy pośrednia warstwa SiOx w zlokalizowanym tylnym kontakcie p-TOPCon powinna pozostać czystym SiO₂, czy też należy ją zastąpić domieszkowanym azotem SiOx w procesie typu OGO w celu wzmocnienia pasywacji polem? Inną opcją byłby stos AlOx/SiOx, wykorzystujący efekt polowy tlenku glinu wraz z podwójną warstwą SiOx/poli-Si kontaktu.
Badanie nad 26,34% nie analizowało tego zagadnienia, ponieważ jego tylny kontakt p-TOPCon pozostał pełnoobszarowy i nie opierał się na lokalnej pasywacji polem. Gdy tylny kontakt typu p stanie się palcowany, połączenie pasywacji polem AlOx i struktury z podwójną warstwą SiOx/poli-Si może stać się poważną opcją na kolejny krok.
Istnieje również pytanie procesowe związane z tandemem. Dolne ogniwo użyte w tandemie o sprawności 32,73% ma teksturowaną przednią powierzchnię. Symulacje na Rysunku 1 wskazują, że konfiguracja z palcami TOPCon po obu stronach może mieć wyższy potencjał tandemowy niż struktura z pełnoobszarowym TOPCon po obu stronach.
Ale jak kontrolować jednorodność fotoluminescencji na teksturowanej przedniej powierzchni z lokalnymi palcami n-TOPCon? Nadmierna energia lasera może lokalnie wypalić lub spłaszczyć wierzchołki piramid. Może to pochłonąć 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 otworów w tlenku, podwójna ochrona przed penetracją srebra, a wreszcie podwójna warstwa p-TOPCon w połączeniu z metalizacją modyfikowaną alkaliami.
Opinia Ooitech
Okno procesowe jest tutaj prawdziwym wąskim gardłem. Gdy p-TOPCon przechodzi z pełnopowierzchniowego kontaktu tylnego w kierunku lokalnych 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 też mniejszy margines przed penetracją srebra i uszkodzeniami interfejsu wywołanymi borem. Następnym użytecznym wynikiem będzie ten, który pokaże to kompletne okno integracji na płytkach produkcyjnych, a nie tylko szczytową wartość sprawności.
