Jak pasta srebrowa "przegryza" polikrzem na tylnej stronie TOPCon

Wprowadzenie

Ostatnio rozmawialiśmy o paście srebrnej na przedniej stronie. Cały sens polegał na "przepaleniu jej na wylot". Dlaczego jeden proces laserowy może wymusić wymianę całej pasty srebrnej na przedniej stronie?

Tylna strona jest dokładnie odwrotna.

Srebro nadal musi wejść. Ale gdy już wejdzie, musi natychmiast się zatrzymać.

Ponieważ z przodu, jeśli srebro się nie przepali, rezystancja styku nie spadnie. Z tyłu, jeśli srebro przepali się zbyt głęboko, przebije się prosto przez najcenniejszą część TOPCon — pasywowany kontakt.

Tak więc metalizacja przedniej strony polega na "jak wejść". Metalizacja tylnej strony polega na "jak się zatrzymać, gdy już wejdziesz".

Ten artykuł rozkłada tylną stronę na czynniki pierwsze: dlaczego srebro "przegryza się" przez polikrzem, co się dzieje, gdy to zrobi, oraz jak najnowszy projekt dwuwarstwowego polikrzemu buduje dla srebra drogę, która mówi "stop po przybyciu".

Najpierw spójrz na układ tylnej strony

Jak faktycznie wygląda tylny stos warstw

Od zewnątrz do wewnątrz, tylna strona TOPCon jest ułożona mniej więcej tak: warstwa ochronna SiNx, (niektórzy producenci stosują ALD po obu stronach i dodają warstwę AlOx również z tyłu), polikrzem, tlenek tunelowy, a pod spodem znajduje się podłoże z krzemu typu n.

Największa różnica w porównaniu z przodem to ta dolna warstwa — tlenek tunelowy, mający tylko około 1–1,5 nm grubości. To linia życia całej pasywacji tylnej strony. Cała wartość pasywacyjna polikrzemu opiera się na tym, że ta warstwa pozostanie nienaruszona.

Granica zadania pasty srebrnej na tylnej stronie również różni się od przedniej. Przepalenie przez warstwę ochronną SiNx nie może zostać pominięte — to bilet wstępu, tak samo jak z przodu. Ale jej cel kontaktowy znajduje się wewnątrz polikrzemu. Polikrzem jest silnie domieszkowany, sam w sobie jest warstwą przewodzącą. Gdy srebro dotrze do polikrzemu i utworzy kontakt, zadanie jest zakończone.

Potem musi się zatrzymać.

Jeśli srebro będzie schodzić dalej, przez tlenek tunelowy i do podłoża krzemowego — kontakt pasywowany jest martwy na miejscu. Centra rekombinacji pojawiają się na granicy faz, Voc spada, a fundament tej ogniwa jest zniszczony.

Uwaga z linii produkcyjnej: ta tylna warstwa AlOx jest nadal opcjonalna i wielu producentów ją pomija. Ale w miarę rozwoju tylnych palców poli-Si i innych zlokalizowanych struktur, zapotrzebowanie na pasywację w obszarach niemetalizowanych będzie rosnąć, a dielektryczne warstwy pasywacyjne, takie jak AlOx, będą wyraźnie ważniejsze. Więc warstwa filmu, która dziś wygląda na „opcjonalną”, może w rzeczywistości rezerwować interfejs dla przyszłej zlokalizowanej struktury poli-Si. Czytając tę ewolucję, widać, że projekt tylnej warstwy toruje drogę do następnego kroku.

Jednowarstwowy poli-Si — dlaczego nie może utrzymać linii

Najpierw, jak srebro „wgryza się” w strukturę.

Część przednia to opisała: podczas wypalania srebro rozpuszcza się w stopionej fazie szklanej i migruje wraz ze szkłem. Na tylnej stronie ten sam mechanizm działa dalej — różnica polega na tym, że emiter przedni wita srebrne kolce wbijające się w niego, podczas gdy tylny poli-Si nie toleruje, aby srebro szło głębiej.

Problem z jednowarstwowym poli-Si jest strukturalny: jest zbudowany z ziaren, a granice ziaren biegną od góry do dołu. Granice ziaren są kluczowym szybkim kanałem dla migracji srebra w głąb poli-Si.

Gdy srebro migruje wzdłuż granic ziaren i dociera do okolic tlenku tunelowego, może wywołać lokalne uszkodzenia lub utworzyć ścieżkę penetracji metalu, ostatecznie przenosząc srebro do podłoża krzemowego — i od tego momentu fizyczna podstawa kontaktu pasywowanego jest stracona.

To nie spekulacja, to udokumentowana obserwacja. W artykule o wydajności 26,66% opublikowanym w Nature Energy przez Ningbo Institute of Materials i JinkoSolar, HAADF i HR-TEM przeprowadziły pełne badanie fizyczne interfejsu wypalania próbki jednowarstwowego poli-Si: nanocząstki srebra pojawiły się rozproszone wewnątrz podłoża krzemowego, ze śladami srebra biegnącymi od poli-Si do podłoża. Sam tlenek tunelowy był nadal nienaruszony, ale nie powstrzymał srebra — pojedyncza bariera nie może zatrzymać srebra spływającego wzdłuż granic ziaren.

Projekt dwuwarstwowy: nie blokując całkowicie, ale zostawiając drzwi

Kontrintuicyjna część rozwiązania z artykułu: zamiast blokować srebro na martwo, zbudowali srebru drogę z napisem „stop po przyjeździe.”

Tył wykonano z dwóch warstw polikrzemu, łącznie około 100 nm, z których każda pełni swoją funkcję. To opisuje konkretną strukturę dwuwarstwową używaną w artykule. Nie każdy dwuwarstwowy polikrzem ma tę stałą konfigurację 60/40 nm, mocno/lekko domieszkowaną.

Warstwa zewnętrzna, 60 nm, mocno domieszkowana, głównie amorficzna — sala przyjęć. Dużo granic ziaren, wysokie stężenie fosforu, srebro wchodzi swobodnie. Gdy dotrze na miejsce, tworzy kontakt omowy z mocno domieszkowanym polikrzemem. To rola „przewodzenia”: kontakt musi powstać, prąd musi wypłynąć.

Warstwa wewnętrzna, 40 nm, lekko domieszkowana, wysoko krystaliczna — brama. Wysoka krystaliczność, niska gęstość granic ziaren, srebro nie ma dokąd pójść, gdy już tu dotrze. To warstwa strukturalna pełniąca rolę „blokowania.”

Tlenek tunelowy — ostatnia chemiczna bariera. Nie chodzi tylko o to, że jest fizycznie cienki. Ważniejsze jest to, że zmienia warunki na granicy faz dla srebra, aby nadal migrowało w kierunku podłoża krzemowego i tworzyło stabilną fazę metaliczną. Gdy srebro jest zatrzymywane w pobliżu wysoko krystalicznego polikrzemu i granicy SiOx, utworzenie ścieżki penetracji metalu w dół do podłoża staje się znacznie trudniejsze.

Więc prawdziwy „hamulec” nie działa dzięki żadnej pojedynczej warstwie. To wysoko krystaliczny polikrzem + tlenek tunelowy razem tworzą ostatnią linię obrony.

Porównanie HR-TEM czyni to obrazowym: w próbce jednowarstwowej srebro penetruje podłoże jako rozproszone kropki. W próbce dwuwarstwowej, po tym jak srebro przebiło większość warstwy zewnętrznej, zostaje zmuszone przez warstwę wewnętrzną do kształtu „miseczki” — rozprzestrzenia się na boki, ale nie może już zejść w dół.

Efekt jest też bezpośredni: implikowane napięcie obwodu otwartego wzrosło z 752 mV do 757 mV. Za tym zyskiem 5 mV kryje się jeden kluczowy fakt — penetracja srebra została wyraźnie stłumiona, a pasywacja zachowana. Te 5 mV nie zostało „wytworzone”, ale uratowane — napięcie, które w przeciwnym razie zostałoby utracone.

Jedno zdanie podsumowujące ten projekt: mądrość blokowania srebra nie polega na „zatkaniu”, ale na „warstwowaniu” — gospodarze witają, strażnicy pilnują bramy. Warstwa zewnętrzna zajmuje się kontaktem, wewnętrzna trzyma linię obrony, a tlenek tunelowy stanowi ostatnią barierę.

Zwrot, koszt i miejsce w branży

Najpierw zwrot: Voc,i +5 mV. Tylny filar tej certyfikowanej wydajności 26,66% to dokładnie ta dwuwarstwowa struktura.

Teraz koszt, wprost: jedna dodatkowa depozycja, jeden dodatkowy interfejs. Dodatkowa złożoność procesu i koszt są realne. A sam artykuł przyznaje, że zewnętrzna warstwa nie zatrzymała 100% srebra — ta ostatnia brama opiera się na połączeniu wewnętrznej warstwy polikrzemu i tlenku tunelowego.

Na mapie branży to nie jest jednorazowy przypadek. Wcześniejszy certyfikowany dwustronny TOPCon JinkoSolar o wydajności 26,35% wykorzystywał dokładnie dwuwarstwową strukturę SiOx/polikrzem plus selektywną modyfikację laserem pikosekundowym UV. A więcej niż jeden zespół akademicki pracuje nad dwu- i trzywarstwowym polikrzemem. Funkcjonalne układanie warstw polikrzemu to kierunek, w którym zmierza branża — za tym stoi ta sama logika: oddzielenie dwóch zadań "kontaktu" i "pasywacji" z pojedynczej warstwy i przydzielenie każdego do własnej warstwy.

Warto tu dokonać rozróżnienia: nawet przy tym samym dwuwarstwowym polikrzemie, te dwa niedawne rekordy wykorzystują go inaczej. W artykule Jinko 26,35% (Uniwersytet w Yangzhou + Jinko, EES), dwuwarstwowa struktura łączyła modyfikację laserem pikosekundowym UV z mokrym trawieniem, aby selektywnie zmniejszyć grubość zewnętrznego polikrzemu w tylnej, niemetalizowanej strefie — celem było ograniczenie pasożytniczej absorpcji i zwiększenie dwustronności. To "problem optyczny". Artykuł z Ningbo 26,66% celuje w dwuwarstwową strukturę, aby zablokować srebro i zachować pasywację. To "problem elektryczny". Dwuwarstwowy polikrzem jest jak platforma — różne zespoły rozwiązują na niej różne problemy, ale kierunek jest ten sam: niech każda warstwa robi tylko jedną rzecz. Na liście zespołu Ye Jichuna dotyczącej kolejnych dźwigni wydajności dla TOPCon, dwuwarstwowe struktury polikrzemu i zlokalizowany polikrzem (polikrzemowe palce) znajdują się na samym początku — ten Nature Energy artykuł właśnie zamienił pierwszą pozycję z tej listy w rekord.

Trzeba jeszcze dodać trochę zimnej wody: te rekordy zostały osiągnięte na sprzęcie laboratoryjnym, same artykuły to przyznają. Od laboratorium do linii produkcyjnej na masową skalę — wydajność, czas cyklu, koszt — każda brama musi zostać ponownie pokonana.

Jedna tabela, aby to wyjaśnić

Trzy wskazówki dla zespołu produkcyjnego

Po pierwsze, problem z tylną stroną i problem z przednią stroną objawiają się na dwóch różnych parametrach. Gdy przednia strona zawodzi, zwykle objawia się to w FF (rezystancja kontaktowa). Gdy tylna strona zawodzi, zwykle objawia się to w Voc (przebicie pasywacji). Gdy ścigasz anomalię Voc, oprócz sprawdzenia procesu pasywacji, temperatura wypalania i struktura polikrzemu powinny być na liście.

Po drugie, to, jak daleko przenika srebro, zależy od struktury. Wypalanie tylko kontroluje przepustnicę. Jak głęboko wnika srebro — upstream to projekt struktury polikrzemu: jednowarstwowy czy dwuwarstwowy, wysoka czy niska krystaliczność, gradient stężenia domieszek. Okno wypalania tylko kontroluje prędkość na tym torze. Jeśli struktura nie zapewnia linii obrony, żadne precyzyjne dostrojenie wypalania tego nie uratuje.

Po trzecie, nakładanie warstw to trend. Uważnie obserwuj stos podtrzymujący. Funkcjonalne nakładanie warstw polikrzemu, tylne palce polikrzemowe, AlOx przechodzące z opcjonalnego do obowiązkowego — te ewolucje są ze sobą powiązane. Planując proces, nie patrz tylko na pojedynczy krok, ale na kierunek, w którym ewoluuje struktura.

Więc prawdziwa dźwignia wydajności w metalizacji TOPCon nie polega na wypalaniu srebra "mocniej", ale na wiedzy, gdzie srebro powinno się znaleźć.

Przednia strona: pozwól mu wniknąć precyzyjnie. Tylna strona: pozwól mu zatrzymać się precyzyjnie.

A kolejnym krokiem naprzód jest sprawienie, aby samo srebro było coraz mniejsze.

Opinia Ooitech

Część, która zawsze nas gryzie na hali produkcyjnej, to fakt, że problemy z Voc rzadko sprowadzają się do jednego pokrętła. Voc na tylnej stronie, który nie wraca do normy, niezależnie od tego, jak ustawisz okno wypalania, to zwykle kwestia struktury, a nie pasty — a dwuwarstwowy polikrzem to w zasadzie przyznanie się branży do tego. Warto pamiętać, że te liczby wciąż pochodzą z narzędzi laboratoryjnych, więc przeskok na prawdziwą linię produkcyjną to miejsce, gdzie wydajność i czas cyklu mają ostatnie słowo. Jeśli podobają Ci się tego typu analizy na poziomie ogniw, kanał YouTube pod adresem www.youtube.com/ooitech ma więcej materiałów z wnętrza prawdziwych linii modułów.