نقشه راه فناوری سلول BC: از ساختار تا فرآیند
فهرست مطالب
TOPCon، IBC، TBC، HBC و HIBC معمولاً به عنوان یک شجرهنامه از سرواژهها فهرست میشوند. خواندن بهتر آنها به صورت توالی مسائل است: هر مسیر وجود دارد چون مسیر قبلی یک تلفات خاص را حلنشده باقی گذاشته، و هر کدام دشواری را به جای دیگری منتقل میکند.
فناوری سلول PV · مسیرهای تماس پشتی · توسط Jerry، Ooitech
۱. TOPCon: ابتدا تماس پسیواسیون را درست انجام دهید
TOPCon از یک لایه فوقنازک اکسید سیلیکون به همراه یک لایه پلیسیلیکون دوپشده برای تشکیل تماس پسیواسیون استفاده میکند. فیلم SiOx پسیواسیون سطح مشترک را انجام میدهد؛ پلیسیلیکون دوپشده انتقال انتخابی حامل را انجام میدهد. ضخامت اکسید، غلظت دوپینگ پلیسیلیکون و دستور پخت بازپخت سه اهرم هستند، و با هم بازترکیب در تماس را کاهش میدهند در حالی که تلفات انتقال را پایین نگه میدارند.
مسئلهای که حل میشود بازترکیب تماس است. یک تماس فلزی متعارف که مستقیماً سیلیکون را لمس میکند بازترکیب شدید سطح مشترک تولید میکند. با جدا کردن پسیواسیون از گزینشپذیری حامل، TOPCon به ولتاژ مدار باز بالاتری میرسد. با این حال، شبکه فلزی جلویی را حذف نمیکند، بنابراین سایهاندازی سمت جلو باقی میماند.
شکل ۱: یک تماس پسیواسیون پلیسیلیکون ذاتی دوپشده با کربن، با ساختار در سمت چپ و دادههای حاصل از iVoc، J0s و طول عمر در شرایط رسوبگذاری در سمت راست. کار منتشرشده در سال 2025 چگالی جریان اشباع سطح را به زیر 0.5 fA/cm² رساند و ساختار را به کاربردهای تماس پشتی مرتبط کرد.
۲. IBC: فلز جلویی را به پشت منتقل کنید
IBC یک تغییر ساختاری صریح ایجاد میکند: هم تماسهای نوع n و هم نوع p به پشت منتقل میشوند. جلوی سلول هیچ شبکه فلزی ندارد، که سطح جلویی را برای مدیریت نوری و طراحی پسیواسیون آزاد میکند. با فلز جلویی کمتر که نور را مسدود کند، تعداد فوتونهای واردشده به ویفر افزایش مییابد و جریان اتصال کوتاه فضای بیشتری برای رشد دارد.
هزینه در پشت ظاهر میشود. جایی که یک سلول متعارف دو قطبیت را در وجوه مختلف جدا میکند، IBC باید تماسهای نوع n و نوع p را روی یک سطح متناوب کند، آنها را از نظر الکتریکی جدا نگه دارد، و سپس هر دو را متالیزه کند. عرض تماس، فاصله n/p، مرز قطبیت، مقاومت تماس و هندسه شبکه همه به متغیرهای جفتشده روی یک صفحه واحد تبدیل میشوند.
شکل ۲: یک انباشت POLO-IBC سادهشده. در سال 2026، سلولهای POLO-IBC ساختهشده روی ویفرهای اندازه M2 با تجهیزات صنعتی به بازده تأییدشده 24.5 درصد رسیدند. تحلیل تلفات به پسیواسیون سطح جلویی، بازترکیب در تماس نقره با ناحیه پلیسیلیکون نوع n، و بازترکیب و مقاومت تماس در ناحیه آلومینیوم به عنوان اهداف اصلی اشاره کرد.
۳. TBC: TOPCon وارد ساختار تماس پشتی میشود
TBC اتحاد دو مورد قبلی است: TOPCon تماس پسیواسیون را تأمین میکند، IBC معماری تماس پشتی را تأمین میکند. نتیجه تماسهای پسیواسیون نوع n و نوع p است که در پشت تشکیل میشوند، با جلویی که عاری از فلز میماند.
مزیت از وراثت میآید. TBC بر کار مواد و فرآیندی بنا شده که TOPCon قبلاً صنعتی کرده است. دشواری باقیمانده مشخص است: تماس پسیواسیون نوع p. بازترکیب سطح مشترک و رفتار تماس آن مستقیماً به ولتاژ سلول و ضریب پرشدگی وارد میشود، که آن را به آیتم دروازهای تبدیل میکند نه یک جزئیات بهینهسازی.
شکل ۳: ساختار و نمودار نوار TBC (a، b) با نقشههای پتانسیل بازده (c، d). یک مطالعه شبیهسازی سال 2025 روی پارامترهای دستگاه به این نتیجه رسید که TBC پتانسیل بازده نزدیک به 28 درصد دارد زمانی که کیفیت ویفر، پسیواسیون سطح، تماس نوع p و ساختار پشتی به طور مشترک بهینه شوند.
تحقیق TBC با پیامدهای بیشتر درباره فرآیند است، نه ساختار. اگر یک تولیدکننده بتواند انباشت پسیواسیون بالغ poly-Si/SiOx را از TOPCon دوباره استفاده کند و فقط الگودهی پشتی و متالیزاسیون را بازکاری کند، فاصله بین یک خط BC و یک خط TOPCon موجود به طور قابل توجهی کاهش مییابد. به همین دلیل کار TBC از خود انباشت تماس به سمت عملکرد تماس، توالی الگودهی و متالیزاسیون حرکت کرده است.
شکل ۴: یک مسیر همانتشار کمهزینه به پیشماده TBC، از تشکیل i-TOPCon با LPCVD تا همانتشار دو سطحی، جداسازی لیزری، حذف ماسک پشتی و پسیواسیون. انتشار دو سطحی با یک بودجه حرارتی واحد چیزی است که تعداد مراحل و قرارگیری حرارتی را قابل مدیریت نگه میدارد.
۴. HBC: همان ایده از سمت هتروجانکشن
TBC از طریق TOPCon وارد تماس پشتی میشود. HBC از طریق هتروجانکشن سیلیکونی وارد میشود: SHJ تماس پسیواسیون را تأمین میکند، IBC ساختار تماس پشتی را تأمین میکند، و هر دو قطبیت در پشت قرار میگیرند.
SHJ تماس خود را از سیلیکون آمورف ذاتی و دوپشده تشکیل میدهد، که کیفیت پسیواسیون سطح مشترک بالایی ارائه میدهد. همراه با بهره سمت جلویی IBC، HBC پتانسیل ولتاژ و جریان قوی دارد. LONGi در سال 2024 یک سلول HBC با بازده 27.30 درصد گزارش کرد که توسط ISFH در آلمان تأیید شد.
شکل ۵: یک انباشت HBC با مرز قطبیت برجستهشده (a)، و دو چیدمان پشتی با مساحت نواحی آنها (b، c). شکاف بین نواحی انتخابی الکترون و انتخابی حفره باریک است، و بازترکیب در آنجا یک مکانیزم تلفات به خودی خود است نه یک عارضه جانبی هتروجانکشن.
بنابراین بهینهسازی HBC نمیتواند در هتروجانکشن متوقف شود. چون تماسهای نوع n و نوع p در پشت کنار هم قرار میگیرند، مرز قطبیت بین آنها به یک منبع بازترکیب متمایز تبدیل میشود که ضریب پرشدگی را پایین میکشد. تحقیق در سال 2025 این مرز را به طور خاص تحلیل کرد، و این یکی از واضحترین نمونههای مسئله عمومی BC است: هرچه عملکردهای بیشتری را روی یک سطح جمع کنید، رابطهای بین آنها بیشتر اهمیت مییابند.
۵. HIBC: تماسهای پسیواسیون متفاوت روی یک سلول
TBC و HBC هر کدام به یک سیستم تماس واحد متعهد میشوند. HIBC سؤال متفاوتی میپرسد: اگر تماسهای پسیواسیون مختلف قدرتهای متفاوتی داشته باشند، آیا میتوان آنها را بر اساس نیاز هر ناحیه به نواحی مختلفی از همان سطح پشتی اختصاص داد؟
پاسخی که در سال 2025 در Nature منتشر شد، بله بود. HIBC یک تماس تونلی پلیسیلیکون دمای بالا را با یک تماس هتروجانکشن دمای پایین روی همان سطح پشتی ترکیب میکند و از پردازش لیزری برای تقویت موضعی انتقال در تماس نوع p استفاده میکند. نتیجه بازده تبدیل 27.81 درصد با ضریب پرشدگی 87.55 درصد بود.
شکل 6: نتایج دستگاه HIBC، شامل پشته لایه با ناحیه تحت تیمار لیزر (a)، پروفایل دوپینگ (b)، توزیعهای بازده و ضریب پرشدگی با و بدون تیمار لیزر (c، d)، مدار معادل و مقطع (f)، و منحنی J-V (g). توجه کنید که واژگان از «کدام ساختار برنده میشود» به «کدام ناحیه به چه چیزی نیاز دارد» تغییر کرده است.
حرکت مفهومی مهمتر از عدد است. پشت BC شامل چندین ناحیه عملکردی است و آن نواحی الزامات یکسانی برای پسیواسیون، گزینشپذیری حامل، مقاومت تماس و متالیزاسیون ندارند. HIBC تماسها را بهصورت ناحیهای پیکربندی میکند بهجای اعمال یک فناوری تماس در کل سلول. این یک فلسفه طراحی متفاوت است و همان نقطهای است که نقشه راه دیگر یک نردبان نیست.
6. از نوآوری ساختاری به همکاری فرآیندی
پنج مسیر را در یک خط قرار دهید و الگو روشن است: هر گام یک مشکل بازترکیب یا نوری را حل میکند و یک مشکل تولیدی را به گام بعدی میسپارد.
| مسیر | فناوری اصلی | مشکل حلشده | تمرکز فعلی |
|---|---|---|---|
| TOPCon | تماس پسیواسیون SiOx / poly-Si | بازترکیب تماسی | کیفیت پسیواسیون، مقاومت تماس |
| IBC | تماسهای n و p هر دو در پشت | سایهاندازی فلز جلو | ساختار پشتی، مرز قطبیت، متالیزاسیون |
| TBC | TOPCon + IBC | بازترکیب تماس بدون سایهاندازی جلو | تماس نوع p، سازگاری فرآیند با خطوط TOPCon |
| HBC | SHJ + IBC | بالاترین کیفیت پسیواسیون بدون فلز جلو | بازترکیب مرز قطبیت، الگودهی پشتی |
| HIBC | تماس تونلی پلیسیلیکون + تماس هتروجانکشن، ناحیه به ناحیه | بهینهسازی هر ناحیه پشتی بر اساس عملکرد | تقویت تماس موضعی با لیزر، یکپارچهسازی |
هرچه بازده بالاتر باشد، سطح پشتی پیچیدهتر و پنجره فرآیند تنگتر است. تماسهای نوع n، تماسهای نوع p، مرزهای قطبیت، شبکههای فلزی و بازشوهای موضعی همگی باید همزمان در محدوده تلورانس باقی بمانند. یک انحراف ابعادی یا نوسان فرآیندی در هر یک از آنها بهصورت مقاومت تماس، تلفات بازترکیب یا جمعآوری جریان تخریبشده ظاهر میشود. این جوهر عبارت «از نوآوری ساختاری به همکاری فرآیندی» است: رهبری در بازده اکنون به پایدار نگهداشتن چندین فرآیند جفتشده بهطور همزمان بستگی دارد.
7. متالیزاسیون: بازده و نقره باید با هم بهینه شوند
متالیزاسیون BC نسخه بزرگشده چاپ سمت جلو نیست. هر دو قطبیت در پشت قرار دارند، بنابراین شبکه باید جریان را در یک ناحیه محدود جمعآوری کند و در عین حال جداسازی الکتریکی بین نواحی مجاور با قطبیت مخالف را حفظ نماید. عرض انگشت، فاصله انگشت، شینه، پد تماس و ناحیه تماس هر کدام بر عملکرد اثر میگذارند و با هم برهمکنش دارند.
شکل 7: پارامترهای متالیزاسیون پشتی برای یک سلول TBC. هندسه انگشت، آرایش شینه، شینههای اتصال و ابعاد پد انتخابهای مستقلی نیستند؛ هر یک مقاومت سری را در برابر دقت چاپ و مصرف نقره مبادله میکند.
یک مطالعه در سال 2026 درباره طراحی شبکه TBC این پارامترها را بهصورت سیستماتیک تحلیل کرد و بازده سلول و مصرف خمیر نقره را در یک چارچوب بهینهسازی واحد قرار داد، شامل عرض انگشت، فاصله انگشت، شینه، پد تماس و چیدمانهای بدون شینه. نتیجه عملی این است که متالیزاسیون BC باید همزمان در چهار محور بهینه شود: مقاومت تماس، مقاومت سری، دقت چاپ و مصرف نقره.
شکل 8: بازده در برابر مصرف خمیر نقره برای تعداد شینههای مختلف و برای چیدمانهای مبتنی بر پد در مقابل بدون شینه (ZBB). منحنیها مسطح میشوند، یعنی آخرین افزایشهای بازده بهتدریج در نقره گرانتر میشوند، و انتخاب چیدمان کل منحنی را جابهجا میکند نه یک نقطه واحد روی آن را.
اینجاست که پژوهش شروع به شبیه شدن به تدارکات میکند. نقره یک هزینه مکرر است که با حجم تولید مقیاس میگیرد، و یک طراحی شبکه که دو دهم درصد بازده را با افزایش زیاد مصرف خمیر میخرد، یک پیشنهاد تجاری متفاوت از طرحی است که همان بازده را با چاپی سبکتر به دست میآورد.
8. IBC کمهزینه: حذف لیتوگرافی از جریان
پیچیدگی تولید IBC همیشه یک پرسش محوری صنعتیسازی بوده است. تشکیل نواحی درهمبافته نوع n و نوع p در پشت بهطور سنتی به لیتوگرافی و مراحل لیزر متکی است و هر مرحله اضافی تجهیزات، زمان چرخه و هزینه اضافه میکند.
شکل 9: دو جریان IBC بدون لیتوگرافی که بر موانع انتشار چاپشده با اسکرین ساخته شدهاند، با استفاده از امیتر شناور جلو یا میدان سطح جلو. هر دو به تجهیزاتی متکی هستند که از قبل در خطوط سلول استاندارد هستند نه به پلتفرمهای فرآیندی جدید.
یک مطالعه در سال 2026 یک مسیر IBC کاملاً چاپشده با اسکرین، بدون لیتوگرافی و بدون لیزر را نشان داد، با استفاده از یک مانع انتشار SiNx الگودادهشده برای دستیابی به انتشار انتخابی بور و فسفر و تکمیل سلول روی تجهیزات صنعتی بالغ، و رسیدن به سلولهای IBC در سطح 19 درصد. عدد تیتر عمداً چشمگیر نیست. آنچه این کار پاسخ میدهد این است که آیا IBC میتواند با مراحل فرآیندی کمتر روی تجهیزاتی که از قبل وجود دارند ساخته شود، و این پرسش برای سرمایهگذاری در تجهیزات و هزینه تولید مهمتر از یک رکورد آزمایشگاهی دیگر است.
در کنار کار متالیزاسیون، جهتگیری سازگار است: مرز دیگر «آیا این ساختار میتواند به 28 درصد برسد» نیست، بلکه «آیا این ساختار میتواند بهصورت تکرارپذیر، با مراحل کمتر، روی ابزارهایی که در مقیاس صنعتی قابل سرویس و تأمین هستند تولید شود» است.
۹. این برای انتخاب تجهیزات چه معنایی دارد
اگر گلوگاه از ساختار به فرآیند منتقل شده باشد، آنگاه تصمیمات تجهیزاتی که اهمیت دارند نیز همراه آن جابهجا شدهاند. چهار مورد از آنها پیش از تعیین مشخصات یک خط BC ارزش بررسی دارند.
| تصمیم | چرا از نقشه راه نتیجه میشود |
|---|---|
| کیفیت برش و لبه | هر مسیر BC به سطح پشتی وابسته است که در آن چندین عملکرد نزدیک به هم قرار دارند. کیفیت برش و شیارزنی لیزری تعیین میکند چه مقدار از آن سطح پیش از تشکیل هر تماسی تخریب میشود. دستگاه برش لیزری سلول BC مدل SC-20P ما SC-20P BC cell laser cutting machine پیرامون همین مرحله مشخصسازی شده است. |
| لحیمکاری روی یک وجه | در IBC، TBC و HBC همه اتصالات روی یک سطح در کنار ساختارهای قطب مخالف قرار میگیرند، بنابراین تلورانس جایگذاری و کنترل حرارتی بیش از یک سلول متعارف اهمیت دارد. |
| عمق بازرسی | یک نقص مرز قطبیت یا تماس، امضای نوری قابل اعتمادی ندارد. آزمون EL و IV به ازای بارکد هر ماژول چیزی است که یک عیب نهفته را به یک عیب شناساییشده تبدیل میکند، همانگونه که در EL testing: inline vs offline setup. |
| پوشش داده شده است. | بودجه مراحل فرآیند |
کار IBC کمهزینه به این دلیل وجود دارد که تعداد مراحل هزینه را تعیین میکند. تجهیزاتی که ایستگاهها را ادغام میکنند یا یک مرحله لیتوگرافی را حذف میکنند، اقتصاد را بیش از یک افزایش بازدهی حاشیهای تغییر میدهند.
سوالات متداول
همین دلیل است که این مسیرها برای یک کارخانه واحد رقابت نمیکنند. TBC بلوغ فرآیند TOPCon را به ارث میبرد و برای تولیدکنندگانی مناسب است که پیشتر خطوط پلیسیلیکون را اجرا میکنند. HBC برای کسانی مناسب است که قابلیت هتروجانکشن دارند. HIBC یک فلسفه طراحی منطقهبهمنطقه است، نه یک پیکربندی خط که امروز بتوانید بخرید. و IBC کمپیچیدگی تولیدکنندگانی را هدف میگیرد که تماس پشتی بدون ساخت یک جریان مبتنی بر لیتوگرافی میخواهند. انتخاب تابعی از چیزی است که پیشتر اجرا میکنید.
تفاوت بین IBC، TBC و HBC چیست؟
هر سه ساختارهای تماس پشتی هستند، یعنی هر دو قطبیت در پشت قرار دارند و وجه جلو هیچ شبکه فلزی ندارد. آنها در نحوه تشکیل تماس تفاوت دارند. IBC معماری پایه است. TBC تماسهای پشتی خود را با استفاده از تماس پسیواسیون SiOx/پلیسیلیکون TOPCon تشکیل میدهد. HBC آنها را با استفاده از تماسهای هتروجانکشن سیلیکونی ساختهشده از سیلیکون آمورف ذاتی و دوپشده تشکیل میدهد.
HIBC چیست؟
تماس پشتی درهمآمیخته هیبریدی. بهجای اعمال یک فناوری تماس در سراسر پشت، HIBC انواع تماس متفاوتی را بر اساس نیاز هر منطقه به مناطق مختلف پشتی اختصاص میدهد، یک تماس تونلی پلیسیلیکون دمای بالا را با یک تماس هتروجانکشن دمای پایین ترکیب میکند و از پردازش لیزری برای تقویت موضعی تماس نوع p استفاده میکند. نتیجه ۲۰۲۵ در Nature بازدهی ۲۷.۸۱ درصد با ضریب پرشدگی ۸۷.۵۵ درصد بود.
چرا مرز قطبیت یک مشکل است؟
زیرا دو قطبیت در کنار هم روی یک سطح قرار دارند. جایی که یک ناحیه الکترونگزین به یک ناحیه حفرهگزین میرسد، بازترکیب در آن مرز بهعنوان یک مسیر اتلاف اضافی عمل میکند و ضریب پرشدگی را کاهش میدهد. این پیامد مستقیم قرار دادن هر دو تماس روی یک وجه است و همین دلیل است که بهینهسازی HBC نمیتواند در خود هتروجانکشن متوقف شود.
سلولهای BC چقدر نقره مصرف میکنند؟
بهاندازهای که طراحی شبکه بهعنوان یک مسئله بازدهی در برابر مصرف، نه یک مسئله صرفاً الکتریکی، در نظر گرفته میشود. مطالعات اخیر شبکه TBC عرض انگشتی، فاصله انگشتی، شینه و ابعاد پد را همراه با مصرف خمیر نقره بهینه میکنند، و چیدمانهای بدون شینه بهطور خاص ارزیابی میشوند زیرا این موازنه را جابهجا میکنند نه اینکه صرفاً در امتداد آن حرکت کنند.
آیا میتوان IBC را بدون لیتوگرافی تولید کرد؟
بله، و این یک جهت تحقیقاتی فعال است. یک مطالعه در ۲۰۲۶ یک مسیر IBC کاملاً چاپ صفحهای، بدون لیتوگرافی و بدون لیزر را با استفاده از یک سد انتشار SiNx الگودار برای انتشار انتخابی بور و فسفر نشان داد که بر تجهیزات صنعتی بالغ بنا شده و به بازدهی در سطح ۱۹ درصد رسیده است. هدف این کار سادهسازی فرآیند است، نه یک بازدهی رکورد.
یک کارخانه جدید باید برای کدام مسیر برنامهریزی کند؟
نتیجهگیری نهایی
از پایه فرآیندی که پیشتر دارید شروع کنید، نه از بالاترین بازدهی منتشرشده. TBC کوتاهترین مسیر برای تولیدکنندهای است که خطوط پلیسیلیکون TOPCon را اجرا میکند، زیرا همان پشته پسیواسیون را بازاستفاده میکند. HBC به قابلیت هتروجانکشن نیاز دارد. IBC کمپیچیدگی برای تولیدکنندگانی مناسب است که تماس پشتی بدون یک جریان مبتنی بر لیتوگرافی میخواهند. رتبهبندی بازدهی منتشرشده و هزینه ورود عملی، دو ترتیب متفاوت هستند.
