Kecekapan Melebihi 26.3%, Apa Yang Perlu Dioptimumkan di Bahagian Belakang? Kenalan Belakang Jenis-n Mengejar Sinergi Dwimuka, Manakala Kenalan Belakang Jenis-p Bergerak Ke Arah Bac
Jadual Kandungan
Kecekapan Melebihi 26.3%, Apa Yang Perlu Dioptimumkan di Bahagian Belakang?
“Lao Zhang, sel 26.66% menggunakan struktur belakang p-TOPCon penuh. Dalam kertas 26.34%, bahagian depan ditukar kepada jari n-TOPCon setempat, manakala bahagian belakang menjadi sesentuh p-TOPCon kawasan penuh. Adakah timbunan SiOx/poly-Si dua lapisan masih sama?”
Itu adalah soalan susulan daripada pasukan proses kami selepas kami selesai membincangkan sel 26.66% semalam.
Seni bina dua lapisan belakang asas hampir disalin daripada reka bentuk 26.66%, tetapi bahagian p-TOPCon memperkenalkan tiga tombol pelarasan yang tidak disentuh oleh sel 26.66%. Strategi bahagian depan juga berbeza sama sekali. Ia beralih daripada pemancar boron rintangan tinggi 430 Ω/□ ke arah jari n-TOPCon setempat. Ini adalah dua pendekatan yang sangat berbeza untuk mengurangkan penggabungan semula.
Kertas 26.34% oleh Gao K. et al. boleh dilihat sebagai kajian saudara simpang belakang bagi kerja 26.66%. Membaca kedua-duanya bersama memberikan gambaran yang lebih jelas tentang apa yang mungkin diperlukan untuk mendekati kecekapan 27%.
Gao, K. et al. “Sesentuh pasif oksida terowong dwimuka untuk sel solar silikon dan tandem perovskite/silikon dengan kecekapan yang lebih baik.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Tiga Nombor Di Sebalik Sel 26.34%
Kecekapan simpang tunggal: 26.34% pada 335.5 cm², dengan Voc 743.2 mV, FF 85.0% dan Jsc 41.69 mA/cm².
Kecekapan tandem: 32.73%, menggunakan sel atas perovskite 1.68 eV. Voc tandem mencapai 1.961 V, manakala 80% prestasi awal kekal selepas 2,000 jam penjejakan MPP.
Definisi struktur: jari n-TOPCon setempat hadapan dalam susun atur simpang belakang, digabungkan dengan sentuhan belakang p-TOPCon dwilapisan kawasan penuh. Ini pada dasarnya adalah pantulan cermin TOPCon konvensional, yang biasanya menggunakan pemancar boron hadapan dan sentuhan n-TOPCon belakang.
Sentuhan Belakang Dwi-Lapisan: Rangka Yang Sama, tetapi Tiga Tombol Proses Berbeza
Sentuhan belakang 26.66% menggunakan SiOx / n+ poly-Si terdop ringan / SiOx / n+ poly-Si terdop berat, dengan fosforus sebagai dopan.
Sentuhan belakang 26.34% menggunakan SiOx / p+ poly-Si pada 36 nm / SiOx / p+ poly-Si pada 90 nm, dengan doping boron.
Kedua-dua struktur mengikut urutan asas yang sama: SiOx bawah, poly-Si dalam, SiOx perantaraan dan poly-Si luar. Versi p-TOPCon, bagaimanapun, perlu menangani masalah yang sudah lama wujud.
p-TOPCon sentiasa menghadapi pertukaran antara pasivasi dan sentuhan. Boron boleh menghasilkan lebih banyak kecacatan pada antara muka Si/SiO₂ berbanding fosforus, manakala metalisasi p+ poly-Si lebih sukar kerana had pengangkutan lubang dan interaksi yang lebih lemah antara pes perak konvensional dan p+ poly-Si.
| Item perbandingan | Sentuhan belakang 26.66%: n-TOPCon kawasan penuh | Sentuhan belakang 26.34%: p-TOPCon kawasan penuh |
|---|---|---|
| Kekutuban dopan | Fosforus, n+ | Boron, p+ |
| Ketebalan poly-Si dalam / luar | Kira-kira 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; lapisan luar yang lebih tebal memberikan lebih margin untuk resapan boron dan metalisasi |
| SiOx perantaraan | Kira-kira 1.5 nm, teroksida terma pada 620°C | Kira-kira 1 nm, terbentuk melalui pengoksidaan terma in-situ pada 650°C; lebih nipis kerana penerowongan lubang sudah lebih sukar di sisi p+ |
| Penyepuhlindapan | Anggaran julat 880–920°C dalam analisis sebelumnya | Pra-penyepuhlindapan pada 1050°C selama lebih 30 saat, mencapai 98% penghabluran dan menolak Voc tersirat kepada 747 mV |
| Pes perak | Pes konvensional, dipasangkan dengan lapisan amorf luar untuk mengehadkan penembusan Ag | Pes terubahsuai oksida logam alkali dengan 4 wt% Na₂O/K₂O dan serbuk perak kasar, mengurangkan kerintangan sentuhan kepada 0.55 mΩ·cm² |
| Morfologi belakang | Penggilapan belakang konvensional | Penggilapan belakang planar kerana p-TOPCon lebih sensitif terhadap tekstur permukaan dan memerlukan J₀ yang lebih rendah |
| Sasaran utama | Sekat penembusan Ag sambil mengekalkan pempasifan | Sekat penembusan Ag, tekan kecacatan antara muka berkaitan boron dan tingkatkan metalisasi p+ poly-Si |
Data proses yang dilaporkan termasuk pengoksidaan belakang in-situ pada 650°C, lapisan SiOx perantaraan kira-kira 1 nm, dopan boron 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% penghabluran selepas pra-penyepuhlindapan 1050°C, Voc tersirat 747 mV, dan kerintangan sentuhan 0.55 mΩ·cm² menggunakan pes terubahsuai logam alkali dengan serbuk perak kasar.
Satu butiran mudah terlepas pandang. Lapisan luar p+ poly-Si setebal 90 nm, 50% lebih tebal daripada lapisan luar kira-kira 60 nm yang digunakan pada sisi n-TOPCon.
Ini bukan peningkatan sewenang-wenangnya. Boron mempunyai keterlarutan pepejal yang lebih rendah dalam poly-Si berbanding fosforus, jadi bahagian yang didopkan berat memerlukan lebih ketebalan untuk mengurangkan kerintangan sentuhan. Pada masa yang sama, langkah pra-penyepuhlindapan 1050°C mendorong boron ke dalam. Lapisan luar yang lebih tebal membantu mencegah boron menembusi dan merosakkan lapisan SiOx bawah.
Itu adalah bertentangan dengan strategi n-TOPCon, di mana lapisan luar boleh kekal lebih nipis dan lebih amorf.
Bahagian Hadapan: Strategi 430 Ω/□ Digantikan dengan Penyetempatan
Soalan yang ditinggalkan oleh kajian sebelumnya adalah sama ada strategi pemancar boron rintangan tinggi 430 Ω/□ masih akan digunakan untuk sentuhan hadapan n-TOPCon berjari.
Jawapan daripada sel 26.34% adalah jelas: ia tidak. Reka bentuk beralih ke landasan yang berbeza.
Sel 26.66% menggunakan pemancar hadapan terdop boron konvensional dengan rintangan kepingan 430 Ω/□. Jari logam halus sekitar 10 μm mengimbangi kekonduksian sisi yang lebih lemah.
Sel 26.34% mengeluarkan pemancar boron hadapan konvensional dan menggantikannya dengan jari n-TOPCon bercorak kira-kira 210 μm lebar, meninggalkan poli-Si hanya di bawah kawasan sentuhan logam.
Oleh itu, mekanisme pengurangan penggabungan semula berubah daripada mencairkan kepekatan dopan melalui rintangan kepingan tinggi kepada mengurangkan kawasan yang diliputi oleh poli-Si.
Tekstur diubah suai terlebih dahulu. Ozon dan HF digunakan untuk membulatkan hujung piramid. Ini mengurangkan pasivasi yang lemah dan kakisan pes perak di sekitar puncak tekstur yang tajam.
Medan terma kecerunan, atau GTF, diperkenalkan ke dalam LPCVD. Lebar penuh Raman pada separuh maksimum mencapai 8.4 cm⁻¹. Nilai yang lebih rendah menunjukkan kehabluran yang lebih baik. Medan terma kecerunan meningkatkan keseragaman suhu sisi dan menegak serta meningkatkan kehabluran n+ poli-Si.
Kepekatan dopan fosforus mencapai 3.3 × 10²⁰ cm⁻³. Ini kira-kira satu urutan magnitud lebih tinggi daripada kepekatan fosforus yang digunakan dalam sentuhan belakang 26.66%. Jari n+ hadapan direka untuk kekonduksian dan bukannya pasivasi kawasan penuh. Kebanyakan kerja pasivasi dijalankan oleh sentuhan p-TOPCon belakang kawasan penuh.
Lebar jari adalah kira-kira 210 μm. Poli-Si kekal di bawah logam, manakala kawasan bertekstur bukan sentuhan dibiarkan tidak bertutup. Ini mengurangkan penyerapan parasit sisi hadapan dengan ketara berbanding dengan sentuhan poli-Si kawasan penuh.
Pendekatan 430 Ω/□ tergolong dalam era pemancar boron. Dalam struktur n-TOPCon berjari, penggabungan semula dikawal melalui liputan poli-Si setempat, tekstur permukaan bulat dan kehabluran yang lebih baik daripada GTF-LPCVD, bukannya hanya meningkatkan rintangan kepingan.
Ini membantu menjelaskan bagaimana sel 26.34% mencapai Voc 743.2 mV, hampir dengan 744.6 mV yang dilaporkan untuk sel 26.66%, sambil juga mencapai Jsc yang lebih tinggi. Sentuhan hadapan setempat mengurangkan penyerapan parasit yang akan kekal dalam struktur poli-Si hadapan kawasan penuh.
Perbandingan Bersebelahan Dua Reka Bentuk Kembar 26%
Sentuhan Belakang SiOx/poli-Si Dua Lapisan
| Lapisan atau proses | 26.66% n-TOPCon belakang | 26.34% p-TOPCon belakang | Sebab utama perbezaan |
|---|---|---|---|
| SiOx bawah | Kira-kira 1.3–1.6 nm, terbentuk dalam O₂ pada 620°C | Kira-kira 1.8 nm, terbentuk in situ pada 650°C | Sisi jenis-p memerlukan penghalang yang lebih kuat terhadap penembusan boron, walaupun terowong lubang lebih sukar |
| Poly-Si dalam | Kira-kira 40 nm, didop fosforus ringan dan sangat kristal | 36 nm, didop boron ringan | Boron mempunyai keterlarutan pepejal yang lebih rendah; lapisan dalam yang lebih nipis masih boleh menyokong pasif |
| SiOx perantaraan | Kira-kira 1.5 nm, terbentuk dalam O₂ pada 620°C | Kira-kira 1 nm, terbentuk in situ | Terowong lebih mencabar pada sisi jenis-p, jadi lapisan perantaraan tidak boleh terlalu tebal |
| Poly-Si luar | Kira-kira 60 nm, didop fosforus berat dan kebanyakannya amorfus | 90 nm, didop boron berat | Metalisasi p+ poly-Si lebih sukar, memerlukan lapisan yang lebih tebal dan pes yang diubah suai |
| Penyepuhlindapan | Kira-kira 880–920°C | Pra-penyepuhlindapan 1050°C, mencapai 98% penghabluran | Boron memerlukan suhu pengaktifan yang lebih tinggi, manakala proses juga mesti mengawal kecacatan antara muka berkaitan boron |
| Pes perak | Pes konvensional digandingkan dengan lapisan luar amorfus | 4 wt% oksida logam alkali ditambah serbuk perak kasar | Metalisasi p+ poly-Si kekal sebagai salah satu kesesakan proses utama |
Perbandingan Sisi Depan
| Item | 26.66% sisi depan | 26.34% sisi depan |
|---|---|---|
| Struktur | Pemancar terdifusi boron kawasan penuh | Jari n-TOPCon setempat kira-kira 210 μm lebar |
| Strategi kawalan penggabungan semula | Kerintangan kepingan tinggi 430 Ω/□ untuk mencairkan dopan | Liputan poly-Si dikurangkan digabungkan dengan tekstur bulat |
| Tekstur permukaan | Tekstur piramid terbalik konvensional | Piramid bulat yang dirawat ozon dan HF |
| Pemendapan Poly-Si | Tidak berkenaan | GTF-LPCVD dengan Raman FWHM 8.4 cm⁻¹ |
| Dopan | Boron | Fosforus pada 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Apa yang Dua Kertas Kerja Katakan Mengenai Pembangunan Sentuhan Belakang Melebihi 26%
Mesej gabungan agak terus terang.
Pada tahap 25%, tumpuan adalah pada tingkah laku lubang jarum lapisan oksida. Pada tahap 26%, pembangunan beralih ke arah struktur SiOx/poly-Si dwilapisan dan kejuruteraan metalisasi. Melebihi 26.3%, laluan mula bercabang: sentuhan belakang n-TOPCon mengejar sinergi elektrik dwimuka, manakala sentuhan belakang p-TOPCon beralih ke arah susun atur simpang belakang dengan jari hadapan setempat. Yang terakhir sudah hampir dengan seni bina BC-TOPCon separa.
Lapisan SiOx perantaraan yang digunakan untuk menyekat penembusan perak adalah ciri bersama kedua-dua reka bentuk sentuhan belakang dwilapisan. Walau bagaimanapun, sisi p-TOPCon mesti menyelesaikan tiga masalah tambahan:
Langkah pra-penyepuhlindapan 1050°C diperlukan untuk mengaktifkan boron, meningkatkan kehabluran dan menekan masalah antara muka berkaitan boron.
Pes perak terubah suai oksida logam alkali diperlukan untuk menangani metalisasi sukar p+ poly-Si.
Penggilapan dan perataan sisi belakang menjadi lebih kritikal kerana p-TOPCon lebih sensitif terhadap tekstur permukaan dan kesannya terhadap J₀.
Isu-isu ini tidak menjadi tumpuan utama dalam reka bentuk n-TOPCon 26.66%. Secara ringkas, sentuhan p-TOPCon dwilapisan lebih sukar untuk dihasilkan berbanding rakan n-TOPCon, tetapi ia mungkin menawarkan potensi Voc yang lebih tinggi setelah proses dikawal.
Sentuhan belakang p-TOPCon dwilapisan dalam sel 26.34% mencapai Voc tersirat 747 mV, sedikit lebih tinggi daripada anggaran tahap Voc tersirat keseluruhan yang dibincangkan untuk reka bentuk 26.66%.
Parameter Barisan Pengeluaran Yang Boleh Digunakan Secara Langsung
Tingkatkan penggilapan dan perataan sisi belakang. Barisan pengeluaran p-TOPCon tidak boleh menganggap penggilapan sisi belakang sebagai proses yang hanya perlu “cukup baik.” Perataan mempunyai pengaruh yang lebih kuat terhadap J₀ sentuhan p-TOPCon dwilapisan berbanding n-TOPCon.
Bentuk lapisan SiOx perantaraan secara in situ pada kira-kira 1 nm. Menyalin oksida terma 1.5 nm yang digunakan dalam struktur n-TOPCon 26.66% boleh mengurangkan penerowongan dan merosakkan FF pada sisi jenis-p.
Perkenalkan langkah pra-anil pada 1050°C. Tanpa rawatan ini, pengaktifan boron dan penghabluran 98% sukar dicapai, menjadikan Voc tersirat 747 mV tidak mungkin.
Gunakan pes perak yang diubah suai dengan oksida logam alkali. Formulasi yang dilaporkan menggunakan 4 wt% Na₂O/K₂O dan serbuk perak kasar. Kerintangan sentuhan 0.55 mΩ·cm² adalah sasaran sukar untuk sisi p-TOPCon. Pes konvensional boleh menyebabkan rintangan siri meningkat secara mendadak pada sentuhan p+.
Kawal lebar jari hadapan pada kira-kira 210 μm. Ketepatan corak laser mesti seiring dengan geometri sentuhan yang lebih sempit. Mengurangkan lagi lebar jari boleh mengurangkan penyerapan parasit, tetapi kerosakan laser pada timbunan dua lapisan perlu dinilai semula.
Soalan Seterusnya untuk BC-TOPCon
Struktur 26.34%, dengan jari n-TOPCon hadapan dan sentuhan belakang p-TOPCon dua lapisan kawasan penuh, secara efektif adalah versi separa BC-TOPCon.
Langkah logik seterusnya adalah untuk menyetempatkan sentuhan p-TOPCon belakang juga, menyusun jari jenis-p dan jari jenis-n belakang dalam corak berselang-seli. Ini akan mewujudkan struktur BC-TOPCon sebenar.
Ini menimbulkan soalan baru. Perlukah lapisan SiOx perantaraan dalam sentuhan p-TOPCon belakang yang disetempatkan kekal sebagai SiO₂ tulen, atau digantikan dengan SiOx terdop nitrogen mengikut laluan jenis OGO untuk mengukuhkan pasif medan? Pilihan lain ialah timbunan AlOx/SiOx, menggunakan kesan medan aluminium oksida bersama sentuhan SiOx/poly-Si dua lapisan.
Kajian 26.34% tidak meneroka isu ini kerana sentuhan p-TOPCon belakangnya kekal kawasan penuh dan tidak bergantung pada pasif medan setempat. Walau bagaimanapun, setelah sentuhan jenis-p belakang menjadi berjari, gabungan pasif medan AlOx dan struktur SiOx/poly-Si dua lapisan mungkin menjadi pilihan langkah seterusnya yang serius.
Terdapat juga soalan proses berkaitan tandem. Sel bawah yang digunakan dalam tandem 32.73% mempunyai permukaan hadapan bertekstur. Simulasi dalam Rajah 1 menunjukkan bahawa konfigurasi jari-TOPCon dua sisi mungkin mempunyai potensi tandem yang lebih tinggi daripada struktur TOPCon dua sisi kawasan penuh.
Tetapi bagaimana keseragaman fotoluminesens harus dikawal merentasi permukaan depan bertekstur dengan jari-jari n-TOPCon setempat? Tenaga laser yang berlebihan boleh membakar atau meratakan hujung piramid secara setempat. Ini mungkin menggunakan sebahagian daripada tetingkap proses yang dicipta oleh rawatan piramid bulat.
Merentasi tiga kajian—daripada sel Das Solar 25.4% kepada sel 26.66% dan 26.34%—logik sentuhan belakang telah melalui tiga generasi: kawalan lubang pin oksida, perlindungan dua lapisan terhadap penembusan perak, dan akhirnya p-TOPCon dua lapisan digabungkan dengan metalisasi diubah suai logam alkali.
Pandangan Ooitech
Tetingkap proses adalah kesesakan sebenar di sini. Sebaik sahaja p-TOPCon beralih daripada sentuhan belakang kawasan penuh kepada jari-jari BC setempat, kerintangan sentuhan, kerosakan laser, pengaktifan boron dan pasifan kesan medan perlu dioptimumkan sebagai satu sistem berganding. Lapisan SiOx perantaraan yang lebih nipis boleh melindungi FF, tetapi ia juga meninggalkan kurang margin terhadap penembusan perak dan kerosakan antara muka yang didorong oleh boron. Keputusan berguna seterusnya adalah yang menunjukkan tetingkap integrasi lengkap ini pada wafer saiz pengeluaran, bukan hanya nilai kecekapan puncak.
