%26,3'ün Üzerinde Verimlilik, Arkada Optimize Edilecek Ne Kaldı? n-Tipi Arka Kontaklar Çift Yönlü Sinerjiyi Hedeflerken, p-Tipi Arka Kontaklar Arka Temasa Doğru İlerliyor
İçindekiler
%26.3 Verimliliğin Üzerinde, Arkada Optimize Edilecek Ne Kaldı?
“Lao Zhang, %26.66 verimli hücre tam p-tipi TOPCon arka yapısı kullandı. %26.34 verimli makalede ise ön taraf lokalize n-TOPCon parmaklara değiştirilirken, arka taraf tam alanlı p-TOPCon kontak haline geldi. Çift katmanlı SiOx/poli-Si yığını hala aynı mı?”
Bu, dün %26.66 verimli hücreyi tartışmayı bitirdikten sonra proses ekibimizden gelen takip sorusuydu.
Temel arka çift katmanlı mimari neredeyse %26.66 tasarımından kopyalanmıştır, ancak p-TOPCon tarafı, %26.66 hücresinin dokunmadığı üç ayar düğmesi sunar. Ön taraf stratejisi de tamamen farklıdır. 430 Ω/□ yüksek dirençli bor vericisinden uzaklaşarak lokalize n-TOPCon parmaklara geçer. Bunlar, rekombinasyonu azaltmak için iki çok farklı yaklaşımdır.
Gao K. ve ark. tarafından yazılan %26.34 verimli makale, %26.66 verimli çalışmanın arka bağlantılı kardeş çalışması olarak görülebilir. İkisini birlikte okumak, %27 verimliliğe yaklaşmak için ne gerektiğine dair daha net bir resim verir.
Gao, K. ve ark. “Silikon ve perovskit/silikon tandem güneş hücreleri için geliştirilmiş verimlilikte çift yüzlü tünel oksit pasifleştirici kontaklar.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
%26.34 Verimli Hücrenin Arkasındaki Üç Sayı
Tek eklem verimliliği: %26.34 335.5 cm² üzerinde, Voc 743.2 mV, FF %85.0 ve Jsc 41.69 mA/cm² ile.
Tandem verimliliği: %32.73, 1.68 eV perovskit üst hücre kullanarak. Tandem Voc 1.961 V'a ulaştı, 2.000 saatlik MPP takibinden sonra başlangıç performansının %80'i korundu.
Yapısal tanım: ön yüz lokalize n-TOPCon parmaklar, arka bağlantı düzeninde, tam alanlı çift katmanlı p-TOPCon arka kontak ile birleştirilmiştir. Bu, normalde ön yüz bor emitörü ve arka n-TOPCon kontak kullanan geleneksel TOPCon'un ayna tersidir.
Arka Çift Katmanlı Kontak: Aynı İskelet, Ancak Üç Farklı Proses Ayarı
%26,66 verimli arka kontak kullanır SiOx / hafif katkılı n+ poli-Si / SiOx / ağır katkılı n+ poli-Si, fosfor katkılı.
%26,34 verimli arka kontak kullanır SiOx / 36 nm p+ poli-Si / SiOx / 90 nm p+ poli-Si, bor katkılı.
Her iki yapı da aynı temel sırayı izler: alt SiOx, iç poli-Si, ara SiOx ve dış poli-Si. Ancak p-TOPCon versiyonu uzun süredir devam eden bir sorunla başa çıkmak zorundadır.
p-TOPCon her zaman pasivasyon-kontak dengesi ikilemiyle karşı karşıya kalmıştır. Bor, fosfordan daha fazla Si/SiO₂ arayüzeyinde kusur oluşturabilirken, p+ poli-Si'nin metalizasyonu delik taşıma sınırlamaları ve geleneksel gümüş macunun p+ poli-Si ile zayıf etkileşimi nedeniyle daha zordur.
| Karşılaştırma maddesi | %26,66 arka kontak: tam alanlı n-TOPCon | %26,34 arka kontak: tam alanlı p-TOPCon |
|---|---|---|
| Katkı polaritesi | Fosfor, n+ | Bor, p+ |
| İç / dış poli-Si kalınlığı | Yaklaşık 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; daha kalın dış katman, bor difüzyonu ve metalizasyon için daha fazla marj sağlar |
| Ara SiOx | Yaklaşık 1,5 nm, 620°C'de termal oksitlenmiş | Yaklaşık 1 nm, 650°C'de yerinde termal oksidasyonla oluşturulmuş; daha ince çünkü delik tünellemesi p+ tarafında zaten daha zordur |
| Tavlama | Önceki analizde tahmini 880–920°C aralığı | 1050°C'de 30 saniyeden fazla ön tavlama, %98 kristalinite elde edilmiş ve implied Voc 747 mV'ye çıkarılmış |
| Gümüş macun | Geleneksel macun, Ag penetrasyonunu sınırlamak için dış amorf katmanla eşleştirilmiş | Alkali-metal-oxide-modified paste with 4 wt% Na₂O/K₂O and rough silver powder, reducing contact resistivity to 0.55 mΩ·cm² |
| Arka yüzey morfolojisi | Geleneksel arka yüzey parlatma | Düzleştirilmiş arka yüzey parlatma çünkü p-TOPCon yüzey dokusuna daha duyarlıdır ve daha düşük J₀ gerektirir |
| Ana hedef | Pasivasyonu korurken Ag penetrasyonunu engelleme | Ag penetrasyonunu engelleme, bor kaynaklı arayüz kusurlarını bastırma ve p+ poly-Si metalizasyonunu iyileştirme |
Raporlanan proses verileri, 650°C'de yerinde arka oksidasyon, yaklaşık 1 nm ara SiOx tabakası, 1 × 10²⁰ cm⁻³ bor katkılama, 1050°C ön tavlama sonrası %98 kristalinite, 747 mV örtük Voc ve alkali-metal-oksit modifiye edilmiş kaba gümüş tozu içeren pasta ile 0.55 mΩ·cm² temas direncini içerir.
Bir detayı gözden kaçırmak kolaydır. Dış p+ poly-Si tabakası 90 nm kalınlığındadır, bu n-TOPCon tarafında kullanılan yaklaşık 60 nm'lik dış tabakadan %50 daha kalındır.
Bu keyfi bir artış değildir. Bor, poly-Si'de fosfordan daha düşük katı çözünürlüğe sahiptir, bu nedenle ağır katkılı bölümün temas direncini azaltmak için daha fazla kalınlığa ihtiyacı vardır. Aynı zamanda, 1050°C ön tavlama adımı boru içe doğru iter. Daha kalın bir dış tabaka, borun alttaki SiOx tabakasına nüfuz etmesini ve zarar vermesini önlemeye yardımcı olur.
Bu, dış tabakanın daha ince ve daha amorf kalabildiği n-TOPCon stratejisinin tam tersidir.
Ön Yüz: 430 Ω/□ Stratejisi Yerelleştirme ile Değiştirildi
Önceki çalışmanın bıraktığı soru, 430 Ω/□ yüksek dirençli bor emitör stratejisinin parmaklı bir n-TOPCon ön kontağı için hala geçerli olup olmayacağıydı.
%26.34 verimli hücreden gelen cevap açıktır: geçerli değildir. Tasarım farklı bir yola girer.
%26.66 verimli hücre, 430 Ω/□ tabaka direncine sahip geleneksel bir bor difüzyonlu ön emitör kullanır. Yaklaşık 10 μm'lik ince metal parmaklar, zayıf yanal iletkenliği telafi eder.
%26.34 verimli hücre, geleneksel ön bor emitörü kaldırır ve yerine yaklaşık 210 μm genişliğinde desenli n-TOPCon parmakları koyar, poly-Si yalnızca metal kontak bölgelerinin altında kalır.
Bu nedenle rekombinasyon azaltma mekanizması, yüksek tabaka direnci yoluyla katkı konsantrasyonunu seyreltmekten, poly-Si tarafından kaplanan alanı azaltmaya dönüşür.
Doku ilk olarak değiştirilir. Piramit uçlarını yuvarlamak için ozon ve HF kullanılır. Bu, keskin doku zirveleri etrafındaki zayıf pasivasyonu ve gümüş macun korozyonunu azaltır.
LPCVD'ye bir gradyan termal alan (GTF) eklenir. Raman yarı maksimum tam genişliği 8,4 cm⁻¹'e ulaşır. Daha düşük bir değer daha iyi kristaliniteyi gösterir. Gradyan termal alan, hem yanal hem de dikey sıcaklık homojenliğini iyileştirir ve n+ poli-Si'nin kristaliniteyi artırır.
Fosfor katkılama 3,3 × 10²⁰ cm⁻³'e ulaşır. Bu, %26,66 arka kontakta kullanılan fosfor konsantrasyonundan yaklaşık bir büyüklük mertebesi daha yüksektir. Ön n+ parmaklar, tam alan pasivasyonundan ziyade iletkenlik için tasarlanmıştır. Pasivasyon işinin çoğu, tam alan arka p-TOPCon kontağı tarafından taşınır.
Parmak genişliği yaklaşık 210 μm'dir. Poli-Si metalin altında kalırken, kontak olmayan dokulu alan açıkta bırakılır. Bu, tam alanlı bir poli-Si kontağına kıyasla ön taraftaki parazitik absorpsiyonu önemli ölçüde azaltır.
430 Ω/□ yaklaşımı bor-verici dönemine aittir. Parmaklı bir n-TOPCon yapısında, rekombinasyon şu yollarla kontrol edilir: yerelleştirilmiş poli-Si kaplama, yuvarlatılmış yüzey dokusu ve GTF-LPCVD'den iyileştirilmiş kristalinite, yalnızca tabaka direncini artırmak yerine.
Bu, %26,34 verimli hücrenin 743,2 mV Voc'a ulaşırken, %26,66 verimli hücre için bildirilen 744,6 mV'a yakın olmasını ve aynı zamanda daha yüksek bir Jsc elde etmesini açıklamaya yardımcı olur. Yerelleştirilmiş ön kontak, tam alanlı bir ön poli-Si yapısında kalacak olan parazitik absorpsiyonu keser.
İki %26 Kardeş Tasarımın Yan Yana Karşılaştırması
Arka Çift Katmanlı SiOx/poli-Si Kontaklar
| Katman veya süreç | %26,66 n-TOPCon arka | %26,34 p-TOPCon arka | Farkın ana nedeni |
|---|---|---|---|
| Alt SiOx | Yaklaşık 1,3–1,6 nm, 620°C'de O₂'de oluşturulmuş | Yaklaşık 1,8 nm, 650°C'de yerinde oluşturulmuş | p-tipi taraf, delik tünellemesi daha zor olsa da, bor penetrasyonuna karşı daha güçlü bir bariyere ihtiyaç duyar |
| İç poli-Si | Yaklaşık 40 nm, hafif fosfor katkılı ve yüksek kristalinite | 36 nm, hafif bor katkılı | Borun katı çözünürlüğü daha düşüktür; daha ince bir iç katman pasivasyonu destekleyebilir |
| Ara SiOx | Yaklaşık 1,5 nm, 620°C'de O₂ içinde oluşturulur | Yaklaşık 1 nm, yerinde oluşturulur | Tünelleme p-tipi tarafta daha zorlayıcıdır, bu nedenle ara katman çok kalın olamaz |
| Dış poli-Si | Yaklaşık 60 nm, ağır fosfor katkılı ve çoğunlukla amorf | 90 nm, ağır bor katkılı | p+ poli-Si metalizasyonu daha zordur, daha kalın bir katman ve modifiye edilmiş macun gerektirir |
| Tavlama | Yaklaşık 880–920°C | 1050°C ön tavlama, %98 kristaliniteye ulaşır | Bor daha yüksek bir aktivasyon sıcaklığı gerektirirken, süreç ayrıca borla ilgili arayüz kusurlarını da kontrol etmelidir |
| Gümüş macun | Amorf dış katmanla eşleştirilmiş geleneksel macun | %4 ağırlık alkali-metal oksit artı pürüzlü gümüş tozu | p+ poli-Si'nin metalizasyonu ana süreç darboğazlarından biri olmaya devam ediyor |
Ön Yüz Karşılaştırması
| Öğe | %26,66 ön yüz | %26,34 ön yüz |
|---|---|---|
| Yapı | Tam alan bor difüzyonlu emitör | Yaklaşık 210 μm genişliğinde lokalize n-TOPCon parmaklar |
| Rekombinasyon kontrol stratejisi | Katkıyı seyreltmek için 430 Ω/□ yüksek tabaka direnci | Yuvarlatılmış doku ile birleştirilmiş azaltılmış poli-Si kaplaması |
| Yüzey dokusu | Geleneksel ters piramit dokusu | Ozon ve HF ile işlenmiş yuvarlatılmış piramitler |
| Poli-Si biriktirme | Uygulanamaz | Raman FWHM 8,4 cm⁻¹ olan GTF-LPCVD |
| Katkı maddesi | Bor | 3,3 × 10²⁰ cm⁻³'te fosfor |
İki Makalenin %26'nın Üzerinde Arka Kontak Gelişimi Hakkında Söyledikleri
Birleşik mesaj oldukça doğrudandır.
%25 seviyesinde odak noktası oksit tabakasının pinhole davranışıydı. %26 seviyesinde gelişim, çift katmanlı SiOx/poly-Si yapıları ve metalizasyon mühendisliğine doğru ilerledi. %26,3'ün üzerinde yollar ayrılmaya başlar: n-TOPCon arka kontaklar çift yönlü elektriksel sinerjiyi hedeflerken, p-TOPCon arka kontaklar lokalize ön parmaklarla arka bağlantı düzenine yönelir. İkincisi zaten kısmi bir BC-TOPCon mimarisine yakındır.
Gümüş penetrasyonunu engellemek için kullanılan ara SiOx tabakası, her iki çift katmanlı arka kontak tasarımının ortak özelliğidir. Ancak p-TOPCon tarafı üç ek sorunu çözmek zorundadır:
Bor aktivasyonu, kristaliniteyi artırmak ve borla ilgili arayüz sorunlarını bastırmak için 1050°C ön tavlama adımı gereklidir.
p+ poly-Si'nin zor metalizasyonunu ele almak için alkali-metal-oksit modifiye gümüş macunu gereklidir.
p-TOPCon yüzey dokusuna ve bunun J₀ üzerindeki etkisine daha duyarlı olduğundan, arka taraf parlatma ve düzleştirme daha kritik hale gelir.
Bu sorunlar %26,66 n-TOPCon tasarımının merkezinde değildi. Basitçe söylemek gerekirse, çift katmanlı p-TOPCon kontağın üretimi n-TOPCon muadiline göre daha zordur, ancak süreç kontrol altına alındığında daha yüksek Voc potansiyeli sunabilir.
%26,34 verimli hücredeki çift katmanlı arka p-TOPCon kontak, %26,66 tasarımı için tartışılan tahmini genel Voc seviyesinden biraz daha yüksek olan 747 mV'lik bir Voc değerine ulaştı.
Doğrudan Uygulanabilecek Üretim Hattı Parametreleri
Arka parlatma ve düzleştirmeyi iyileştirin. Bir p-TOPCon üretim hattı, arka parlatmayı yalnızca "yeterince iyi" olması gereken bir süreç olarak görmemelidir. Düzleştirme, çift katmanlı p-TOPCon kontağın J₀'si üzerinde n-TOPCon'a göre daha güçlü bir etkiye sahiptir.
Ara SiOx tabakasını yaklaşık 1 nm'de yerinde oluşturun. %26,66 n-TOPCon yapısında kullanılan 1,5 nm termal oksidi kopyalamak, tünellemeyi azaltabilir ve p-tipi tarafta FF'yi olumsuz etkileyebilir.
1050°C ön tavlama adımı ekleyin. Bu işlem olmadan, bor aktivasyonu ve %98 kristalinite elde etmek zordur ve 747 mV'lik bir Voc olası değildir.
Alkali-metal-oksit modifiye gümüş macunu kullanın. Rapor edilen formülasyon, %4 ağırlık Na₂O/K₂O ve kaba gümüş tozu kullanmaktadır. 0,55 mΩ·cm²'lik bir kontak özdirenci, p-TOPCon tarafı için zorlu bir hedeftir. Geleneksel macun, p+ kontakta seri direncin keskin bir şekilde artmasına neden olabilir.
Ön parmak genişliğini yaklaşık 210 μm'de kontrol edin. Lazer desenleme hassasiyeti, daha dar kontak geometrisine ayak uydurmalıdır. Parmak genişliğini daha da azaltmak, parazitik absorpsiyonu tekrar azaltabilir, ancak çift katmanlı yığına lazer hasarının yeniden değerlendirilmesi gerekir.
BC-TOPCon için Sonraki Soru
Ön n-TOPCon parmakları ve tam alanlı çift katmanlı p-TOPCon arka kontağına sahip %26,34 yapı, aslında BC-TOPCon'un kısmi bir versiyonudur.
Bir sonraki mantıklı adım, arka p-TOPCon kontağını da lokalize etmek ve arka p-tipi parmaklar ile n-tipi parmakları iç içe geçmiş bir desende düzenlemek olacaktır. Bu, gerçek bir BC-TOPCon yapısı oluşturacaktır.
Bu yeni bir soruyu gündeme getiriyor. Lokalize arka p-TOPCon kontağındaki ara SiOx katmanı saf SiO₂ olarak mı kalmalı, yoksa OGO tipi bir yol izleyerek nitrojen katkılı SiOx ile değiştirilmeli mi alan pasivasyonunu güçlendirmek için? Bir diğer seçenek ise bir AlOx/SiOx yığınıolabilir, alüminyum oksitin alan etkisini çift katmanlı SiOx/poly-Si kontağı ile birlikte kullanarak.
%26,34 çalışması bu konuyu araştırmadı çünkü arka p-TOPCon kontağı tam alanlıydı ve lokalize alan etkisi pasivasyonuna bağlı değildi. Ancak arka p-tipi kontak parmaklı hale geldiğinde, AlOx alan etkisi pasivasyonu ile çift katmanlı SiOx/poly-Si yapısının kombinasyonu ciddi bir sonraki adım seçeneği haline gelebilir.
Ayrıca tandemle ilgili bir süreç sorusu var. %32,73 tandemde kullanılan alt hücre, dokulu bir ön yüzeye sahiptir. Şekil 1'deki simülasyonlar, çift taraflı parmak-TOPCon konfigürasyonunun, tam alanlı çift taraflı TOPCon yapısından daha yüksek tandem potansiyeline sahip olabileceğini göstermektedir.
Ancak lokalize n-TOPCon parmaklarına sahip dokulu bir ön yüzeyde fotolüminesans homojenliği nasıl kontrol edilmelidir? Aşırı lazer enerjisi, piramit uçlarını lokal olarak yakabilir veya düzleştirebilir. Bu, yuvarlatılmış piramit işlemi tarafından oluşturulan proses penceresinin bir kısmını tüketebilir.
Üç çalışma boyunca—%25,4 Das Solar hücresinden %26,66 ve %26,34 hücrelerine kadar—arka kontak mantığı üç nesil boyunca ilerlemiştir: oksit delik kontrolü, gümüş penetrasyonuna karşı çift katmanlı koruma ve son olarak alkali-metal modifiye metalizasyon ile birleştirilmiş çift katmanlı p-TOPCon.
Ooitech'in Görüşü
Buradaki gerçek darboğaz proses penceresidir. p-TOPCon tam alanlı arka kontakttan lokalize BC parmaklara geçtiğinde, kontak direnci, lazer hasarı, bor aktivasyonu ve alan etkili pasivasyon, birleşik bir sistem olarak optimize edilmelidir. Daha ince bir ara SiOx tabakası FF'yi koruyabilir, ancak aynı zamanda gümüş penetrasyonu ve bor kaynaklı arayüz hasarına karşı marjı azaltır. Bir sonraki yararlı sonuç, yalnızca bir tepe verimlilik değeri değil, bu tam entegrasyon penceresini üretim boyutundaki plakalar üzerinde gösteren olacaktır.
