بازده بالای 26.3٪، چه چیزی برای بهینهسازی در پشت باقی مانده است؟ کنتاکتهای پشتی نوع n به دنبال همافزایی دوطرفه هستند، در حالی که کنتاکتهای پشتی نوع p به سمت Bac حرکت میکنند
فهرست مطالب
بالای بازده 26.3%، چه چیزی برای بهینهسازی در پشت باقی مانده است؟
«لائو ژانگ، سلول 26.66% از ساختار پشتی کامل p-TOPCon استفاده کرد. در مقاله 26.34%، جلو به انگشتهای n-TOPCon موضعی تغییر یافت، در حالی که پشت به یک تماس p-TOPCon تمام سطح تبدیل شد. آیا انباشته دو لایه SiOx/poly-Si همچنان یکسان است؟»
این سوال بعدی تیم فرآیند ما پس از پایان بحث درباره سلول 26.66% دیروز بود.
معماری پایه دو لایه پشتی تقریباً از طراحی 26.66% کپی شده است، اما سمت p-TOPCon سه دستگیره تنظیم را معرفی میکند که سلول 26.66% به آنها دست نزده است. استراتژی سمت جلو نیز کاملاً متفاوت است. از امیتر بور با مقاومت بالا 430 Ω/□ دور میشود و به سمت انگشتهای n-TOPCon موضعی حرکت میکند. این دو رویکرد بسیار متفاوت برای کاهش بازترکیب هستند.
مقاله 26.34% توسط Gao K. و همکاران را میتوان به عنوان مطالعه خواهر با اتصال پشتی کار 26.66% در نظر گرفت. خواندن این دو با هم تصویر واضحتری از آنچه برای نزدیک شدن به بازده 27% لازم است ارائه میدهد.
Gao, K. et al. “تماسهای غیرفعالکننده اکسید تونل دو طرفه برای سلولهای خورشیدی سیلیکونی و پروسکایت/سیلیکون پشت سر هم با بازده بهبود یافته.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
سه عدد پشت سلول 26.34%
بازده تکاتصالی: 26.34% روی 335.5 cm²، با Voc 743.2 mV، FF 85.0% و Jsc 41.69 mA/cm².
بازده تاندوم: 32.73%، با استفاده از سلول بالایی پروسکایت با باندگپ 1.68 eV. Voc تاندوم به 1.961 V رسید، در حالی که 80% از عملکرد اولیه پس از 2000 ساعت ردیابی MPP باقی ماند.
تعریف ساختاری: انگشتهای n-TOPCon موضعی جلو در یک آرایش اتصال پشتی، همراه با تماس پشتی دو لایه تمامناحیه p-TOPCon. این اساساً یک وارونگی آینهای از TOPCon معمولی است که معمولاً از یک امیتر بور جلو و یک تماس n-TOPCon پشتی استفاده میکند.
تماس دو لایه پشتی: همان اسکلت، اما سه دستگیره فرآیند متفاوت
تماس پشتی 26.66% از SiOx / n+ پلی-Si با دوپینگ سبک / SiOx / n+ پلی-Si با دوپینگ سنگین، با فسفر به عنوان دوپانت استفاده میکند.
تماس پشتی 26.34% از SiOx / p+ پلی-Si به ضخامت 36 nm / SiOx / p+ پلی-Si به ضخامت 90 nm، با دوپینگ بور استفاده میکند.
هر دو ساختار از توالی پایه یکسانی پیروی میکنند: SiOx پایین، پلی-Si داخلی، SiOx میانی و پلی-Si خارجی. با این حال، نسخه p-TOPCon باید با یک مشکل دیرینه دست و پنجه نرم کند.
p-TOPCon همواره با یک معاوضه بین غیرفعالسازی و تماس مواجه بوده است. بور میتواند نقصهای بیشتری در فصل مشترک Si/SiO₂ نسبت به فسفر ایجاد کند، در حالی که متالیزاسیون p+ پلی-Si به دلیل محدودیتهای انتقال حفره و برهمکنش ضعیفتر بین خمیر نقره معمولی و p+ پلی-Si دشوارتر است.
| مورد مقایسه | تماس پشتی 26.66%: n-TOPCon تمامناحیه | تماس پشتی 26.34%: p-TOPCon تمامناحیه |
|---|---|---|
| قطبیت دوپانت | فسفر، n+ | بور، p+ |
| ضخامت پلی-Si داخلی / خارجی | تقریباً 40 / 60 nm | 36 / 90 nm؛ لایه خارجی ضخیمتر حاشیه بیشتری برای انتشار بور و متالیزاسیون فراهم میکند |
| SiOx میانی | تقریباً 1.5 nm، اکسید شده حرارتی در 620°C | تقریباً 1 نانومتر، تشکیلشده توسط اکسیداسیون حرارتی درجا در دمای 650 درجه سانتیگراد؛ نازکتر زیرا تونلزنی حفره در سمت p+ دشوارتر است. |
| بازپخت | محدوده تخمینی 880–920 درجه سانتیگراد در تحلیل قبلی | پیشبازپخت در 1050 درجه سانتیگراد به مدت بیش از 30 ثانیه، دستیابی به 98% بلورینگی و افزایش Voc ضمنی به 747 میلیولت |
| خمیر نقره | خمیر معمولی، همراه با یک لایه آمورف بیرونی برای محدود کردن نفوذ Ag | خمیر اصلاحشده با اکسید فلز قلیایی حاوی 4% وزنی Na₂O/K₂O و پودر نقره زبر، کاهش مقاومت تماسی به 0.55 mΩ·cm² |
| مورفولوژی پشت | صیقلکاری معمولی پشت | صیقلکاری مسطح پشت زیرا p-TOPCon به بافت سطح حساستر است و به J₀ کمتری نیاز دارد |
| هدف اصلی | مسدود کردن نفوذ Ag در عین حفظ غیرفعالسازی | مسدود کردن نفوذ Ag، سرکوب عیوب رابط مرتبط با بور و بهبود متالیزاسیون p+ poly-Si |
دادههای فرآیند گزارششده شامل اکسیداسیون پشتی درجا در 650 درجه سانتیگراد، لایه میانی SiOx تقریباً 1 نانومتری، دوپینگ بور 1 × 10²⁰ cm⁻³، 98% بلورینگی پس از پیشبازپخت 1050 درجه سانتیگراد، Voc ضمنی 747 میلیولت و مقاومت تماسی 0.55 mΩ·cm² با استفاده از خمیر اصلاحشده با فلز قلیایی و پودر نقره زبر است.
یک جزئیات به راحتی قابل چشمپوشی است. لایه بیرونی p+ poly-Si به ضخامت 90 نانومتر است، 50% ضخیمتر از لایه بیرونی تقریباً 60 نانومتری که در سمت n-TOPCon استفاده میشود.
این افزایش تصادفی نیست. بور حلالیت جامد کمتری در poly-Si نسبت به فسفر دارد، بنابراین بخش heavily doped به ضخامت بیشتری برای کاهش مقاومت تماسی نیاز دارد. همزمان، مرحله پیشبازپخت 1050 درجه سانتیگراد بور را به سمت داخل هدایت میکند. یک لایه بیرونی ضخیمتر به جلوگیری از نفوذ بور و آسیب به لایه SiOx زیرین کمک میکند.
این برعکس استراتژی n-TOPCon است، جایی که لایه بیرونی میتواند نازکتر و آمورفتر باقی بماند.
سمت جلو: استراتژی 430 Ω/□ با محلیسازی جایگزین میشود
سوال باقیمانده از مطالعه قبلی این بود که آیا استراتژی امیتر بور با مقاومت بالا 430 Ω/□ همچنان برای تماس جلویی n-TOPCon انگشتی کاربرد دارد؟
پاسخ از سلول 26.34% واضح است: خیر. طراحی به مسیر دیگری میرود.
سلول با بازده 26.66% از یک امیتر جلویی متداول دوپ شده با بور با مقاومت ورقهای 430 Ω/□ استفاده میکند. انگشتهای فلزی باریک حدود 10 میکرومتر، رسانایی جانبی ضعیفتر را جبران میکنند.
سلول با بازده 26.34% امیتر جلویی بور متداول را حذف کرده و آن را با انگشتهای n-TOPCon الگودار با عرض تقریباً 210 میکرومتر جایگزین میکند، به طوری که پلی-Si فقط در زیر نواحی تماس فلزی باقی میماند.
بنابراین مکانیسم کاهش بازترکیب از رقیق کردن غلظت دوپانت از طریق مقاومت ورقهای بالا به کاهش ناحیه پوشیده شده توسط پلی-Si تغییر میکند.
ابتدا بافت اصلاح میشود. از اوزون و HF برای گرد کردن نوک هرمها استفاده میشود. این کار باعث کاهش بازترکیب ضعیف و خوردگی خمیر نقره در اطراف قلههای تیز بافت میشود.
یک میدان حرارتی گرادیان (GTF) به LPCVD اضافه میشود. پهنای کامل در نصف بیشینه (FWHM) رامان به 8.4 cm⁻¹ میرسد. مقدار کمتر نشاندهنده بلورینگی بهتر است. میدان حرارتی گرادیان یکنواختی دمای جانبی و عمودی را بهبود میبخشد و بلورینگی n+ پلی-Si را افزایش میدهد.
دوپینگ فسفر به 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ میرسد. این حدود یک مرتبه بزرگی بیشتر از غلظت فسفر استفاده شده در تماس پشتی سلول 26.66% است. انگشتهای جلویی n+ برای رسانایی طراحی شدهاند نه برای غیرفعالسازی تمام سطح. بیشتر کار غیرفعالسازی توسط تماس پشتی p-TOPCon تمام سطح انجام میشود.
عرض انگشت تقریباً 210 میکرومتر است. پلی-Si زیر فلز باقی میماند، در حالی که ناحیه بافتدار بدون تماس بدون پوشش رها میشود. این کار جذب انگلی سمت جلو را در مقایسه با تماس پلی-Si تمام سطح به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
رویکرد 430 Ω/□ متعلق به دوران امیتر بور است. در ساختار n-TOPCon انگشتی، بازترکیب از طریق پوشش موضعی پلی-Si، بافت سطح گرد شده و بلورینگی بهبود یافته از GTF-LPCVD کنترل میشود, rather than simply increasing sheet resistance.
این توضیح میدهد که چگونه سلول 26.34% به Voc 743.2 میلیولت، نزدیک به 744.6 میلیولت گزارش شده برای سلول 26.66%، دست مییابد و در عین حال Jsc بالاتری نیز دارد. تماس جلویی موضعی جذب انگلی را که در ساختار پلی-Si تمام سطح جلو باقی میماند، کاهش میدهد.
مقایسه کنار هم دو طرح خواهر 26%
تماسهای پشتی دو لایه SiOx/poly-Si
| لایه یا فرآیند | 26.66% n-TOPCon پشتی | 26.34% p-TOPCon پشتی | دلیل اصلی تفاوت |
|---|---|---|---|
| SiOx پایینی | تقریباً 1.3–1.6 نانومتر، تشکیل شده در O₂ در دمای 620 درجه سانتیگراد | تقریباً 1.8 نانومتر، تشکیل شده درجا در دمای 650 درجه سانتیگراد | سمت p-type به یک مانع قویتر در برابر نفوذ بور نیاز دارد، حتی اگر تونلزنی حفره دشوارتر باشد |
| poly-Si داخلی | تقریباً 40 نانومتر، دوپینگ فسفر سبک و بسیار کریستالی | 36 نانومتر، دوپینگ بور سبک | بور حلالیت جامد کمتری دارد؛ یک لایه داخلی نازکتر همچنان میتواند از غیرفعالسازی پشتیبانی کند |
| SiOx میانی | تقریباً 1.5 نانومتر، تشکیل شده در O₂ در دمای 620 درجه سانتیگراد | تقریباً 1 نانومتر، تشکیل شده درجا | تونلزنی در سمت p-type نیازمندتر است، بنابراین لایه میانی نباید خیلی ضخیم باشد |
| poly-Si خارجی | تقریباً 60 نانومتر، دوپینگ فسفر سنگین و عمدتاً آمورف | 90 نانومتر، دوپینگ بور سنگین | فلزکاری p+ poly-Si دشوارتر است و به لایه ضخیمتر و خمیر اصلاحشده نیاز دارد |
| بازپخت | تقریباً 880–920 درجه سانتیگراد | پیشآنیل 1050 درجه سانتیگراد، رسیدن به 98% بلورینگی | بور به دمای فعالسازی بالاتری نیاز دارد، در حالی که فرآیند باید عیوب رابط مرتبط با بور را نیز کنترل کند |
| خمیر نقره | خمیر معمولی همراه با لایه خارجی آمورف | 4 wt% اکسید فلز قلیایی به همراه پودر نقره زبر | فلزکاری p+ poly-Si یکی از گلوگاههای اصلی فرآیند باقی میماند |
مقایسه سمت جلو
| مورد | سمت جلو 26.66% | سمت جلو 26.34% |
|---|---|---|
| ساختار | امیتر منتشر شده با بور در تمام سطح | انگشتهای n-TOPCon موضعی با عرض تقریباً 210 میکرومتر |
| استراتژی کنترل بازترکیب | مقاومت ورق بالا 430 Ω/□ برای رقیقسازی دوپینگ | پوشش کاهشیافته poly-Si همراه با بافت گرد شده |
| بافت سطح | بافت هرم معکوس معمولی | اهرام گرد شده تیمار شده با ازن و HF |
| رسوب پلی-Si | قابل اجرا نیست | GTF-LPCVD با FWHM رامان 8.4 cm⁻¹ |
| دوپانت | بور | فسفر با غلظت 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ |
آنچه دو مقاله درباره توسعه تماس پشتی بالای 26% میگویند
پیام ترکیبی نسبتاً مستقیم است.
در سطح 25%، تمرکز بر رفتار حفرههای لایه اکسید بود. در سطح 26%، توسعه به سمت ساختارهای دو لایه SiOx/poly-Si و مهندسی فلزکاری حرکت کرد. بالای 26.3%، مسیرها شروع به واگرایی میکنند: تماسهای پشتی n-TOPCon به دنبال همافزایی الکتریکی دوطرفه هستند، در حالی که تماسهای پشتی p-TOPCon به سمت چیدمان اتصال پشتی با انگشتهای جلویی موضعی حرکت میکنند. دومی نزدیک به معماری جزئی BC-TOPCon است.
لایه میانی SiOx که برای جلوگیری از نفوذ نقره استفاده میشود، ویژگی مشترک هر دو طراحی تماس پشتی دو لایه است. با این حال، سمت p-TOPCon باید سه مشکل اضافی را حل کند:
یک مرحله پیشبازپخت در دمای 1050 درجه سانتیگراد برای فعالسازی بور، افزایش بلورینگی و سرکوب مشکلات مربوط به سطح مشترک بور لازم است.
خمیر نقره اصلاحشده با اکسید فلز قلیایی برای مقابله با فلزکاری دشوار p+ poly-Si مورد نیاز است.
صیقلکاری و مسطحسازی سمت پشتی بحرانیتر میشود زیرا p-TOPCon نسبت به بافت سطح و تأثیر آن بر J₀ حساستر است.
این مسائل برای طراحی n-TOPCon با بازده 26.66% محوری نبودند. به زبان ساده، تماس دو لایه p-TOPCon نسبت به همتای n-TOPCon خود دشوارتر ساخته میشود، اما ممکن است پس از کنترل فرآیند، پتانسیل Voc بالاتری ارائه دهد.
تماس پشتی دو لایه p-TOPCon در سلول با بازده 26.34% به Voc ضمنی 747 mV رسید که کمی بالاتر از سطح Voc ضمنی کلی تخمینزدهشده برای طراحی 26.66% است.
پارامترهای خط تولید که میتوانند مستقیماً اعمال شوند
بهبود صیقلکاری و مسطحسازی سمت پشتی. یک خط تولید p-TOPCon نباید صیقلکاری پشتی را فرآیندی در نظر بگیرد که فقط باید «به اندازه کافی خوب» باشد. مسطحسازی تأثیر قویتری بر J₀ تماس دو لایه p-TOPCon نسبت به n-TOPCon دارد.
تشکیل لایه میانی SiOx به صورت درجا با ضخامت تقریباً 1 نانومتر. کپیکردن اکسید حرارتی 1.5 نانومتری استفادهشده در ساختار n-TOPCon با بازده 26.66% ممکن است تونلزنی را کاهش داده و به FF در سمت نوع p آسیب برساند.
یک مرحله پیشبازپخت در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد معرفی کنید. بدون این تیمار، فعالسازی بور و بلورینگی ۹۸٪ دشوار است و ولتاژ مدار باز ضمنی ۷۴۷ میلیولت بعید به نظر میرسد.
از خمیر نقره اصلاحشده با اکسید فلز قلیایی استفاده کنید. فرمول گزارششده از ۴ درصد وزنی Na₂O/K₂O و پودر نقره زبر استفاده میکند. مقاومت تماسی ۰.۵۵ میلیاهم·سانتیمتر مربع یک هدف دشوار برای سمت p-TOPCon است. خمیر معمولی میتواند باعث افزایش شدید مقاومت سری در تماس p+ شود.
عرض انگشت جلویی را در حدود ۲۱۰ میکرومتر کنترل کنید. دقت الگوسازی لیزری باید با هندسه تماس باریکتر هماهنگ باشد. کاهش بیشتر عرض انگشت میتواند جذب انگلی را کاهش دهد، اما آسیب لیزر به لایه دوگانه باید دوباره ارزیابی شود.
سوال بعدی برای BC-TOPCon
ساختار ۲۶.۳۴٪ با انگشتهای جلویی n-TOPCon و تماس پشتی دو لایه p-TOPCon تمام سطح، عملاً یک نسخه جزئی از BC-TOPCon است.
گام منطقی بعدی، موضعیسازی تماس پشتی p-TOPCon و چیدمان انگشتهای p و n به صورت درهمتنیده است. این کار یک ساختار واقعی BC-TOPCon ایجاد میکند.
این سوال جدیدی را مطرح میکند. آیا لایه میانی SiOx در تماس موضعی p-TOPCon پشتی باید SiO₂ خالص باقی بماند یا با SiOx دوپ شده با نیتروژن به روش OGO برای تقویت غیرفعالسازی میدانی جایگزین شود؟ گزینه دیگر انباشته AlOx/SiOxبا استفاده از اثر میدانی اکسید آلومینیوم همراه با تماس دو لایه SiOx/poly-Si است.
مطالعه ۲۶.۳۴٪ این موضوع را بررسی نکرد زیرا تماس p-TOPCon پشتی آن تمام سطح بود و به غیرفعالسازی میدانی موضعی وابسته نبود. اما وقتی تماس p نوع پشتی به صورت انگشتی درآید، ترکیب غیرفعالسازی میدانی AlOx و ساختار دو لایه SiOx/poly-Si ممکن است گزینه جدی بعدی باشد.
همچنین یک سوال فرآیندی مرتبط با تاندوم وجود دارد. سلول پایینی در تاندوم ۳۲.۷۳٪ دارای سطح جلویی بافتدار است. شبیهسازیهای شکل ۱ نشان میدهد که پیکربندی دو طرفه انگشت-TOPCon ممکن است پتانسیل تاندوم بالاتری نسبت به ساختار TOPCon دو طرفه تمام سطح داشته باشد.
اما چگونه باید یکنواختی فوتولومینسانس در سطح جلویی بافتدار با انگشتهای n-TOPCon موضعی کنترل شود؟ انرژی بیش از حد لیزر میتواند نوک هرمها را به صورت موضعی بسوزاند یا صاف کند. این ممکن است بخشی از پنجره فرآیند ایجاد شده توسط درمان هرم گرد شده را مصرف کند.
در سه مطالعه—از سلول ۲۵.۴٪ Das Solar تا سلولهای ۲۶.۶۶٪ و ۲۶.۳۴٪—منطق تماس پشتی سه نسل را پشت سر گذاشته است: کنترل حفرههای اکسید، محافظت دو لایهای در برابر نفوذ نقره، و در نهایت p-TOPCon دو لایهای همراه با متالیزاسیون اصلاح شده با فلز قلیایی.
دیدگاه Ooitech
پنجره فرآیند در اینجا گلوگاه واقعی است. هنگامی که p-TOPCon از یک تماس پشتی تمام سطح به انگشتهای BC موضعی تغییر میکند، مقاومت تماس، آسیب لیزر، فعالسازی بور و پاسیواسیون میدان الکتریکی باید به عنوان یک سیستم جفت شده بهینه شوند. یک لایه SiOx میانی نازکتر ممکن است از FF محافظت کند، اما حاشیه کمتری در برابر نفوذ نقره و آسیب رابط ناشی از بور باقی میگذارد. نتیجه مفید بعدی، نتیجهای خواهد بود که این پنجره یکپارچهسازی کامل را بر روی ویفرهای اندازه تولید نشان دهد، نه فقط یک مقدار راندمان اوج.
