%26,3'ün Üzerinde Verimlilik, Arkada Optimize Edilecek Ne Kaldı? n-Tipi Arka Kontaklar Çift Yönlü Sinerjiyi Hedeflerken, p-Tipi Arka Kontaklar Bac'a Doğru İlerliyor
İçindekiler
%26.3 Verimliliğin Üzerinde, Arkada Optimize Edilecek Ne Kaldı?
“Lao Zhang, %26.66 verimli hücre tam p-tipi TOPCon arka yapı kullandı. %26.34 verimli makalede ön yüz lokalize n-TOPCon parmaklara değiştirilirken, arka yüz tam alan p-TOPCon kontak haline geldi. Çift katmanlı SiOx/poly-Si yığını hala aynı mı?”
Bu, dün %26.66 verimli hücreyi tartışmayı bitirdikten sonra süreç 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 yüz stratejisi de tamamen farklıdır. 430 Ω/□ yüksek dirençli bor vericiden 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 çalışmasının arka bağlantılı kardeş çalışması olarak görülebilir. İkisini birlikte okumak, %27 verimliliğe yaklaşmak için ne gerektiği konusunda daha net bir resim verir.
Gao, K. ve ark. “Silikon ve perovskit/silikon tandem güneş hücreleri için geliştirilmiş verimlilikle 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.
Tandem verimliliği: %32,73, 1,68 eV'lik bir perovskite üst hücre kullanarak. Tandem Voc 1,961 V'a ulaştı, 2.000 saatlik MPP takibinden sonra başlangıç performansının %80'i korundu.
Yapısal tanım: arka eklem düzeninde ön lokalize n-TOPCon parmaklar, tam alanlı çift katmanlı p-TOPCon arka kontak ile birleştirilmiş. Bu, normalde bir ön bor emitör ve bir arka n-TOPCon kontak kullanan geleneksel TOPCon'un ayna tersidir.
Arka Çift Katmanlı Kontak: Aynı İskelet, Ancak Üç Farklı Proses Düğmesi
%26,66 arka kontak kullanır: SiOx / hafif katkılı n+ poli-Si / SiOx / ağır katkılı n+ poli-Si, fosfor katkı maddesi olarak.
%26,34 arka kontak kullanır: SiOx / 36 nm'de p+ poli-Si / SiOx / 90 nm'de p+ poli-Si, bor katkılı.
Her iki yapı da aynı temel sırayı takip eder: 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 bir pasivasyon-kontak ödünleşimi ile karşı karşıya kalmıştır. Bor, fosfordan daha fazla Si/SiO₂ arayüzünde kusur oluşturabilirken, p+ poli-Si'nin metalizasyonu, delik taşıma sınırlamaları ve geleneksel gümüş macunun p+ poli-Si ile daha zayıf etkileşimi nedeniyle daha zordur.
| Karşılaştırma öğesi | %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 olarak oksitlenmiş | Yaklaşık 1 nm, 650°C'de yerinde termal oksidasyonla oluşturulmuş; daha ince çünkü p+ tarafında delik tünellemesi zaten daha zor |
| Tavlama | Önceki analizde tahmini 880–920°C aralığı | 1050°C'de 30 saniyeden fazla ön tavlama, %98 kristaliniteye ulaşma ve implied Voc'u 747 mV'ye çıkarma |
| Gümüş macun | Geleneksel macun, Ag penetrasyonunu sınırlamak için dış amorf tabaka ile eşleştirilmiş | Alkali-metal-oksit modifiyeli macun, %4 ağırlıkça Na₂O/K₂O ve kaba gümüş tozu ile, kontak direncini 0.55 mΩ·cm²'ye düşürme |
| Arka morfoloji | Geleneksel arka parlatma | Düzleştirilmiş arka parlatma çünkü p-TOPCon yüzey dokusuna daha duyarlı ve daha düşük J₀ gerektirir |
| Ana hedef | Ag penetrasyonunu bloke ederken pasivasyonu koruma | Ag penetrasyonunu bloke etme, bor kaynaklı arayüz kusurlarını bastırma ve p+ poli-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 implied Voc ve alkali-metal modifiyeli macun ile kaba gümüş tozu kullanılarak 0.55 mΩ·cm² kontak direncini içerir.
Bir detayı kaçırmak kolaydır. Dış p+ poli-Si tabakası 90 nm kalınlığında, n-TOPCon tarafında kullanılan yaklaşık 60 nm'lik dış tabakadan %50 daha kalın.
Bu keyfi bir artış değil. Bor, poli-Si'de fosfordan daha düşük katı çözünürlüğe sahiptir, bu nedenle ağır katkılı bölümün kontak 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 verici stratejisinin parmaklı n-TOPCon ön kontağı için hala geçerli olup olmadığıydı.
%26.34 verimli hücreden gelen cevap açıktır: geçerli değil. Tasarım farklı bir yola giriyor.
%26.66 verimli hücre, 430 Ω/□ tabaka direncine sahip geleneksel bir bor difüzyonlu ön emitör kullanır. Yaklaşık 10 μm genişliğindeki 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 parmaklar yerleştirir, pol-Si yalnızca metal temas bölgelerinin altında kalır.
Bu nedenle rekombinasyon azaltma mekanizması, katkı konsantrasyonunu yüksek tabaka direnci ile seyreltmekten, pol-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 tam yarı maksimum genişliği 8.4 cm⁻¹'ye ulaşır. Daha düşük bir değer daha iyi kristaliniteyi gösterir. Gradyan termal alan, hem yanal hem de dikey sıcaklık homojenliğini iyileştirir ve n+ pol-Si'nin kristaliniteyi artırır.
Fosfor katkısı 3.3 × 10²⁰ cm⁻³'ye 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 gerçekleştirilir.
Parmak genişliği yaklaşık 210 μm'dir. Pol-Si metalin altında kalırken, temas etmeyen dokulu alan açıkta bırakılır. Bu, tam alan pol-Si kontağına kıyasla ön taraftaki parazitik absorpsiyonu önemli ölçüde azaltır.
430 Ω/□ yaklaşımı bor emitör dönemine aittir. Parmaklı n-TOPCon yapısında rekombinasyon, yerelleştirilmiş pol-Si kaplaması, yuvarlatılmış yüzey dokusu ve GTF-LPCVD'den iyileştirilmiş kristalinite ile kontrol edilir, sadece tabaka direncini artırmak yerine.
Bu, %26.34 verimli hücrenin, %26.66 verimli hücre için bildirilen 744.6 mV'ye yakın 743.2 mV'luk bir Voc'a ulaşırken aynı zamanda daha yüksek bir Jsc elde etmesini açıklamaya yardımcı olur. Yerelleştirilmiş ön kontak, tam alan ön pol-Si yapısında kalacak olan parazitik absorpsiyonu azaltır.
İki %26 Kardeş Tasarımın Yan Yana Karşılaştırması
Arka Çift Katmanlı SiOx/pol-Si Kontaklar
| Katman veya işlem | %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 oluşturulur | Yaklaşık 1.8 nm, 650°C'de yerinde oluşturulur | 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 | Bor daha düşük katı çözünürlüğe sahiptir; daha ince bir iç katman pasivasyonu destekleyebilir |
| Ara SiOx | Yaklaşık 1.5 nm, 620°C'de O₂'de 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 ulaşma | Bor daha yüksek bir aktivasyon sıcaklığı gerektirirken, süreç ayrıca bor ile ilgili arayüz kusurlarını kontrol etmelidir |
| Gümüş macun | Amorf dış katmanla eşleştirilmiş geleneksel macun | %4 alkali-metal oksit artı kaba gümüş tozu | p+ poli-Si'nin metalizasyonu ana süreç darboğazlarından biri olmaya devam etmektedir |
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 |
| Polikristal Si biriktirme | Uygulanamaz | GTF-LPCVD, Raman FWHM 8.4 cm⁻¹ |
| Katkı maddesi | Bor | Fosfor, 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ |
İki Makalenin %26'nın Üzerinde Arka Kontak Gelişimi Hakkında Söyledikleri
Birleşik mesaj oldukça açıktır.
%25 seviyesinde odak noktası oksit tabakasının pinhole davranışıydı. %26 seviyesinde gelişme, çift katmanlı SiOx/poly-Si yapılarına ve metalizasyon mühendisliğine yöneldi. %26,3'ün üzerinde yollar ayrılmaya başlar: n-TOPCon arka kontaklar çift yüzlü elektriksel sinerjiyi hedeflerken, p-TOPCon arka kontaklar lokalize ön parmaklarla birlikte arka bağlantı düzenine yönelir. İkincisi, kısmi bir BC-TOPCon mimarisine zaten 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 çözmelidir:
Bor aktivasyonu, kristaliniteyi artırmak ve borla ilgili arayüz sorunlarını bastırmak için 1050°C'lik bir ön tavlama adımı gereklidir.
p+ poly-Si'nin zor metalizasyonunu ele almak için alkali metal oksit modifiyeli gümüş macunu gereklidir.
Arka taraf parlatma ve düzleştirme daha kritik hale gelir çünkü p-TOPCon, yüzey dokusuna ve bunun J₀ üzerindeki etkisine karşı daha hassastır.
Bu sorunlar %26,66 n-TOPCon tasarımında merkezi 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 implied Voc'a 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 in situ olarak oluşturun. %26,66 n-TOPCon yapısında kullanılan 1,5 nm termal oksidi kopyalamak, tünellemeyi azaltabilir ve p-tipi tarafta FF'ye zarar verebilir.
1050°C ön tavlama adımı ekleyin. Bu işlem olmadan, bor aktivasyonu ve %98 kristalinite elde etmek zordur ve 747 mV'lik bir implied Voc olasılığı düşüktür.
Alkali-metal-oksit modifiye edilmiş gümüş pasta kullanın. Bildirilen formülasyon %4 ağırlıkça Na₂O/K₂O ve kaba gümüş tozu kullanır. 0.55 mΩ·cm²'lik bir kontak direnci, p-TOPCon tarafı için zor bir hedeftir. Geleneksel pasta, 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 hasarı yeniden değerlendirilmelidir.
BC-TOPCon için Sonraki Soru
%26.34 yapı, ön n-TOPCon parmakları ve tam alanlı çift katmanlı p-TOPCon arka kontağı ile, BC-TOPCon'un kısmi bir versiyonudur.
Bir sonraki mantıklı adım, arka p-TOPCon kontağını da lokalize ederek, arka p-tipi parmaklar ve 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 tabakası saf SiO₂ olarak mı kalmalı, yoksa OGO tipi bir yol izleyerek nitrojen katkılı SiOx ile değiştirilmeli mi? Bir diğer seçenek ise AlOx/SiOx yığınıolup, alüminyum oksidin alan etkisini çift katmanlı SiOx/poli-Si kontağı ile birlikte kullanmaktır.
%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 ve çift katmanlı SiOx/poli-Si yapısının kombinasyonu ciddi bir sonraki adım seçeneği haline gelebilir.
Ayrıca tandem ile 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.
Peki, dokulu bir ön yüzeyde lokalize n-TOPCon parmakları arasında fotolüminesans homojenliği nasıl kontrol edilmelidir? Aşırı lazer enerjisi, piramit uçlarını yerel 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 hücrelere kadar—arka kontak mantığı üç nesil boyunca ilerlemiştir: oksit pinhole kontrolü, gümüş penetrasyonuna karşı çift katmanlı koruma ve son olarak alkali-metal modifiye metalizasyon ile birleştirilmiş çift katmanlı p-TOPCon.
Ooitech'in Görüşü
Proses penceresi buradaki gerçek darboğazdır. p-TOPCon tam alanlı bir arka kontaktan lokalize BC parmaklarına 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, bu tam entegrasyon penceresini üretim boyutundaki gofretlerde gösteren, yalnızca bir tepe verimlilik değeri değil, bir sonuç olacaktır.
