Trên hiệu suất 26,3%, còn gì để tối ưu ở mặt sau? Tiếp xúc mặt sau loại n theo đuổi sự cộng hưởng hai mặt, trong khi tiếp xúc mặt sau loại p hướng tới Bac
Mục lục
Trên Hiệu suất 26,3%, Còn Gì Để Tối Ưu Ở Mặt Sau?
“Lão Trương, tế bào 26,66% sử dụng cấu trúc mặt sau p-TOPCon toàn phần. Trong bài báo 26,34%, mặt trước được thay đổi thành các ngón n-TOPCon cục bộ, trong khi mặt sau trở thành tiếp xúc p-TOPCon toàn diện. Cấu trúc xếp chồng SiOx/poly-Si hai lớp có còn giống nhau không?”
Đó là câu hỏi tiếp theo từ nhóm quy trình của chúng tôi sau khi chúng tôi thảo luận xong về tế bào 26,66% ngày hôm qua.
Cấu trúc hai lớp mặt sau cơ bản gần như được sao chép từ thiết kế 26,66%, nhưng phía p-TOPCon giới thiệu ba núm điều chỉnh mà tế bào 26,66% không động đến. Chiến lược mặt trước cũng hoàn toàn khác. Nó chuyển từ bộ phát boron điện trở cao 430 Ω/□ sang các ngón n-TOPCon cục bộ. Đây là hai cách tiếp cận rất khác nhau để giảm tái hợp.
Bài báo 26,34% của Gao K. và cộng sự có thể được xem như nghiên cứu song song về tiếp xúc mặt sau của công trình 26,66%. Đọc cả hai cùng nhau sẽ cho thấy rõ hơn những gì cần thiết để đạt hiệu suất gần 27%.
Gao, K. và cộng sự. “Tiếp xúc thụ động oxit đường hầm hai mặt cho pin mặt trời silicon và pin mặt trời song song perovskite/silicon với hiệu suất được cải thiện.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Ba Con Số Đằng Sau Tế Bào 26,34%
Hiệu suất đơn tiếp giáp: 26,34% trên 335,5 cm², với Voc 743,2 mV, FF 85,0% và Jsc 41,69 mA/cm².
Hiệu suất song song: 32,73%, sử dụng pin mặt trời perovskite 1,68 eV ở lớp trên. Voc song song đạt 1,961 V, trong khi 80% hiệu suất ban đầu được duy trì sau 2.000 giờ theo dõi MPP.
Định nghĩa cấu trúc: các ngón n-TOPCon cục bộ phía trước trong bố trí tiếp giáp sau, kết hợp với tiếp xúc sau p-TOPCon hai lớp toàn diện. Về cơ bản, đây là sự đảo ngược gương của TOPCon thông thường, vốn thường sử dụng bộ phát boron phía trước và tiếp xúc n-TOPCon phía sau.
Tiếp xúc hai lớp phía sau: Cùng một khung xương, nhưng ba núm điều chỉnh quy trình khác nhau
Tiếp xúc sau 26,66% sử dụng SiOx / n+ poly-Si pha tạp nhẹ / SiOx / n+ poly-Si pha tạp nặng, với phốt pho làm chất pha tạp.
Tiếp xúc sau 26,34% sử dụng SiOx / p+ poly-Si dày 36 nm / SiOx / p+ poly-Si dày 90 nm, với pha tạp boron.
Cả hai cấu trúc đều tuân theo cùng một trình tự cơ bản: SiOx dưới cùng, poly-Si bên trong, SiOx trung gian và poly-Si bên ngoài. Tuy nhiên, phiên bản p-TOPCon phải đối mặt với một vấn đề lâu dài.
p-TOPCon luôn phải đối mặt với sự đánh đổi giữa thụ động hóa và tiếp xúc. Boron có thể tạo ra nhiều khuyết tật hơn phốt pho tại giao diện Si/SiO₂, trong khi việc kim loại hóa p+ poly-Si khó khăn hơn do hạn chế vận chuyển lỗ trống và tương tác yếu hơn giữa bạc thông thường và p+ poly-Si.
| Mục so sánh | Tiếp xúc sau 26,66%: n-TOPCon toàn diện | Tiếp xúc sau 26,34%: p-TOPCon toàn diện |
|---|---|---|
| Cực tính chất pha tạp | Phốt pho, n+ | Boron, p+ |
| Độ dày poly-Si trong / ngoài | Khoảng 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; lớp ngoài dày hơn cung cấp nhiều biên độ hơn cho khuếch tán boron và kim loại hóa |
| SiOx trung gian | Khoảng 1,5 nm, được oxy hóa nhiệt ở 620°C | Khoảng 1 nm, được hình thành bằng quá trình oxy hóa nhiệt tại chỗ ở 650°C; mỏng hơn vì việc đào hầm lỗ trống đã khó hơn ở phía p+ |
| Ủ nhiệt | Ước tính khoảng 880–920°C trong phân tích trước đó | Ủ sơ bộ ở 1050°C trong hơn 30 giây, đạt độ kết tinh 98% và đẩy Voc ngụ ý lên 747 mV |
| Hồ bạc | Hồ thông thường, kết hợp với lớp vô định hình bên ngoài để hạn chế sự xâm nhập của Ag | Hồ biến tính bằng oxit kim loại kiềm với 4% trọng lượng Na₂O/K₂O và bột bạc thô, giảm điện trở tiếp xúc xuống 0,55 mΩ·cm² |
| Hình thái mặt sau | Đánh bóng mặt sau thông thường | Đánh bóng mặt sau phẳng vì p-TOPCon nhạy hơn với kết cấu bề mặt và yêu cầu J₀ thấp hơn |
| Mục tiêu chính | Chặn sự xâm nhập của Ag trong khi duy trì sự thụ động | Chặn sự xâm nhập của Ag, ức chế các khuyết tật giao diện liên quan đến boron và cải thiện quá trình kim loại hóa p+ poly-Si |
Dữ liệu quy trình được báo cáo bao gồm quá trình oxy hóa mặt sau tại chỗ ở 650°C, lớp SiOx trung gian khoảng 1 nm, pha tạp boron 1 × 10²⁰ cm⁻³, độ kết tinh 98% sau khi ủ sơ bộ 1050°C, Voc ngụ ý 747 mV và điện trở tiếp xúc 0,55 mΩ·cm² sử dụng hồ biến tính kim loại kiềm với bột bạc thô.
Một chi tiết dễ bị bỏ qua. Lớp p+ poly-Si bên ngoài dày 90 nm, dày hơn 50% so với lớp ngoài khoảng 60 nm được sử dụng ở phía n-TOPCon.
Đây không phải là sự gia tăng tùy ý. Boron có độ hòa tan rắn trong poly-Si thấp hơn phốt pho, vì vậy phần pha tạp nặng cần độ dày lớn hơn để giảm điện trở tiếp xúc. Đồng thời, bước ủ sơ bộ 1050°C đẩy boron vào bên trong. Lớp ngoài dày hơn giúp ngăn boron xâm nhập và làm hỏng lớp SiOx bên dưới.
Điều này ngược lại với chiến lược n-TOPCon, nơi lớp ngoài có thể mỏng hơn và vô định hình hơn.
Mặt trước: Chiến lược 430 Ω/□ được thay thế bằng định vị
Câu hỏi mà nghiên cứu trước để lại là liệu chiến lược phát xạ boron điện trở cao 430 Ω/□ có còn áp dụng cho tiếp xúc trước n-TOPCon dạng ngón hay không.
Câu trả lời từ tế bào 26,34% rất rõ ràng: không. Thiết kế chuyển sang một hướng khác.
Tế bào 26,66% sử dụng bộ phát phía trước pha tạp boron thông thường với điện trở tấm 430 Ω/□. Các ngón kim loại mịn khoảng 10 μm bù đắp cho độ dẫn điện ngang yếu hơn.
Tế bào 26,34% loại bỏ bộ phát boron phía trước thông thường và thay thế bằng các ngón n-TOPCon có hoa văn rộng khoảng 210 μm, chỉ để lại poly-Si bên dưới các vùng tiếp xúc kim loại.
Do đó, cơ chế giảm tái hợp thay đổi từ việc pha loãng nồng độ tạp chất thông qua điện trở tấm cao sang giảm diện tích được phủ bởi poly-Si.
Kết cấu được sửa đổi trước tiên. Ozone và HF được sử dụng để làm tròn các đỉnh kim tự tháp. Điều này làm giảm sự thụ động kém và ăn mòn bạc dán xung quanh các đỉnh kết cấu sắc nhọn.
Một trường nhiệt gradient, hay GTF, được đưa vào LPCVD. Độ rộng nửa cực đại Raman đạt 8,4 cm⁻¹. Giá trị thấp hơn cho thấy độ kết tinh tốt hơn. Trường nhiệt gradient cải thiện tính đồng nhất nhiệt độ theo cả chiều ngang và chiều dọc và nâng cao độ kết tinh của n+ poly-Si.
Pha tạp phốt pho đạt 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Điều này cao hơn khoảng một bậc độ lớn so với nồng độ phốt pho được sử dụng trong tiếp xúc phía sau 26,66%. Các ngón n+ phía trước được thiết kế cho độ dẫn điện thay vì thụ động toàn bộ diện tích. Hầu hết công việc thụ động được thực hiện bởi tiếp xúc p-TOPCon phía sau toàn bộ diện tích.
Chiều rộng ngón khoảng 210 μm. Poly-Si vẫn nằm dưới kim loại, trong khi vùng kết cấu không tiếp xúc được để trống. Điều này làm giảm đáng kể sự hấp thụ ký sinh phía trước so với tiếp xúc poly-Si toàn bộ diện tích.
Phương pháp 430 Ω/□ thuộc về kỷ nguyên bộ phát boron. Trong cấu trúc n-TOPCon dạng ngón, sự tái hợp được kiểm soát thông qua phủ poly-Si cục bộ, kết cấu bề mặt được làm tròn và độ kết tinh được cải thiện từ GTF-LPCVD, thay vì chỉ tăng điện trở tấm.
Điều này giúp giải thích cách tế bào 26,34% đạt được Voc 743,2 mV, gần với 744,6 mV được báo cáo cho tế bào 26,66%, đồng thời đạt được Jsc cao hơn. Tiếp xúc phía trước cục bộ cắt giảm sự hấp thụ ký sinh mà vẫn tồn tại trong cấu trúc poly-Si phía trước toàn bộ diện tích.
So sánh Song song Hai Thiết kế Chị em 26%
Tiếp xúc SiOx/poly-Si Hai Lớp Phía Sau
| Lớp hoặc quy trình | 26.66% n-TOPCon mặt sau | 26.34% p-TOPCon mặt sau | Nguyên nhân chính của sự khác biệt |
|---|---|---|---|
| SiOx dưới cùng | Khoảng 1.3–1.6 nm, hình thành trong O₂ ở 620°C | Khoảng 1.8 nm, hình thành tại chỗ ở 650°C | Phía loại p cần một rào cản mạnh hơn chống lại sự xâm nhập của boron, mặc dù việc xuyên hầm lỗ trống khó khăn hơn |
| poly-Si bên trong | Khoảng 40 nm, pha tạp phốt pho nhẹ và có độ kết tinh cao | 36 nm, pha tạp boron nhẹ | Boron có độ hòa tan rắn thấp hơn; một lớp bên trong mỏng hơn vẫn có thể hỗ trợ thụ động hóa |
| SiOx trung gian | Khoảng 1.5 nm, hình thành trong O₂ ở 620°C | Khoảng 1 nm, hình thành tại chỗ | Việc xuyên hầm đòi hỏi khắt khe hơn ở phía loại p, vì vậy lớp trung gian không thể quá dày |
| poly-Si bên ngoài | Khoảng 60 nm, pha tạp phốt pho nặng và chủ yếu là vô định hình | 90 nm, pha tạp boron nặng | Việc kim loại hóa p+ poly-Si khó khăn hơn, đòi hỏi lớp dày hơn và hồ dán cải tiến |
| Ủ nhiệt | Khoảng 880–920°C | Ủ trước 1050°C, đạt độ kết tinh 98% | Boron yêu cầu nhiệt độ kích hoạt cao hơn, trong khi quy trình cũng phải kiểm soát các khuyết tật giao diện liên quan đến boron |
| Hồ bạc | Hồ dán thông thường kết hợp với lớp ngoài vô định hình | 4% trọng lượng oxit kim loại kiềm cộng với bột bạc thô | Kim loại hóa p+ poly-Si vẫn là một trong những nút thắt quy trình chính |
So sánh mặt trước
| Hạng mục | Mặt trước 26.66% | Mặt trước 26.34% |
|---|---|---|
| Cấu trúc | Bộ phát khuếch tán boron toàn bộ diện tích | Các ngón n-TOPCon cục bộ rộng khoảng 210 μm |
| Chiến lược kiểm soát tái hợp | Điện trở suất tấm cao 430 Ω/□ để pha loãng pha tạp | Giảm độ phủ poly-Si kết hợp với kết cấu bo tròn |
| Kết cấu bề mặt | Kết cấu kim tự tháp ngược thông thường | Các kim tự tháp bo tròn được xử lý bằng ozone và HF |
| Lắng đọng Poly-Si | Không áp dụng | GTF-LPCVD với FWHM Raman là 8.4 cm⁻¹ |
| Chất pha tạp | Boron | Phốt pho ở nồng độ 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Những gì Hai Bài Báo Nói Về Phát Triển Tiếp Xúc Mặt Sau Trên 26%
Thông điệp kết hợp khá trực tiếp.
Ở mức 25%, trọng tâm là hành vi lỗ kim của lớp oxit. Ở mức 26%, sự phát triển chuyển sang cấu trúc SiOx/poly-Si hai lớp và kỹ thuật kim loại hóa. Trên 26.3%, các hướng bắt đầu phân nhánh: tiếp xúc mặt sau n-TOPCon theo đuổi sự cộng hưởng điện hai mặt, trong khi tiếp xúc mặt sau p-TOPCon chuyển sang bố trí tiếp xúc mặt sau với các ngón tiếp xúc phía trước cục bộ. Loại sau đã gần với kiến trúc BC-TOPCon một phần.
Lớp SiOx trung gian dùng để ngăn sự xâm nhập của bạc là đặc điểm chung của cả hai thiết kế tiếp xúc mặt sau hai lớp. Tuy nhiên, phía p-TOPCon phải giải quyết thêm ba vấn đề:
Cần bước tiền ủ ở 1050°C để kích hoạt boron, tăng độ kết tinh và ngăn chặn các vấn đề liên quan đến giao diện boron.
Cần hồ bạc biến tính bằng oxit kim loại kiềm để giải quyết khó khăn trong kim loại hóa p+ poly-Si.
Việc đánh bóng và làm phẳng mặt sau trở nên quan trọng hơn vì p-TOPCon nhạy cảm hơn với kết cấu bề mặt và ảnh hưởng của nó đến J₀.
Những vấn đề này không phải là trọng tâm của thiết kế n-TOPCon 26.66%. Nói một cách đơn giản, tiếp xúc p-TOPCon hai lớp khó sản xuất hơn so với tiếp xúc n-TOPCon, nhưng nó có thể mang lại tiềm năng Voc cao hơn khi quy trình được kiểm soát.
Tiếp xúc mặt sau p-TOPCon hai lớp trong tế bào 26.34% đạt được Voc ngụ ý là 747 mV, cao hơn một chút so với mức Voc ngụ ý tổng thể ước tính được thảo luận cho thiết kế 26.66%.
Các Thông Số Dây Chuyền Sản Xuất Có Thể Áp Dụng Trực Tiếp
Cải thiện việc đánh bóng và làm phẳng mặt sau. Một dây chuyền sản xuất p-TOPCon không nên coi việc đánh bóng mặt sau là một quy trình chỉ cần “đủ tốt.” Làm phẳng có ảnh hưởng mạnh hơn đến J₀ của tiếp xúc p-TOPCon hai lớp so với n-TOPCon.
Hình thành lớp SiOx trung gian tại chỗ với độ dày khoảng 1 nm. Sao chép lớp oxit nhiệt 1.5 nm được sử dụng trong cấu trúc n-TOPCon 26.66% có thể làm giảm hiệu ứng đường hầm và ảnh hưởng đến FF ở phía loại p.
Giới thiệu bước ủ sơ bộ ở 1050°C. Nếu không có xử lý này, việc kích hoạt boron và đạt độ kết tinh 98% là khó khăn, khiến cho Voc ngụ ý 747 mV khó có thể đạt được.
Sử dụng bột bạc biến tính bằng oxit kim loại kiềm. Công thức được báo cáo sử dụng 4% trọng lượng Na₂O/K₂O và bột bạc thô. Điện trở suất tiếp xúc 0,55 mΩ·cm² là một mục tiêu khó đối với phía p-TOPCon. Bột bạc thông thường có thể làm cho điện trở nối tiếp tăng mạnh tại tiếp xúc p+.
Kiểm soát chiều rộng ngón tiếp xúc phía trước ở khoảng 210 μm. Độ chính xác của quá trình tạo hình bằng laser phải theo kịp với hình học tiếp xúc hẹp hơn. Giảm thêm chiều rộng ngón tiếp xúc có thể cắt giảm hấp thụ ký sinh, nhưng thiệt hại do laser gây ra cho lớp xếp chồng kép cần được đánh giá lại.
Câu hỏi tiếp theo cho BC-TOPCon
Cấu trúc 26,34%, với các ngón tiếp xúc n-TOPCon phía trước và tiếp xúc mặt sau p-TOPCon hai lớp toàn bộ diện tích, thực chất là một phiên bản một phần của BC-TOPCon.
Bước tiếp theo hợp lý sẽ là bản địa hóa tiếp xúc p-TOPCon phía sau, sắp xếp các ngón tiếp xúc loại p và loại n phía sau theo dạng xen kẽ. Điều đó sẽ tạo ra một cấu trúc BC-TOPCon thực sự.
Điều này đặt ra một câu hỏi mới. Lớp SiOx trung gian trong tiếp xúc p-TOPCon phía sau được bản địa hóa nên giữ nguyên là SiO₂ tinh khiết, hay nên được thay thế bằng SiOx pha tạp nitơ theo phương pháp OGO để tăng cường thụ động hóa trường? Một lựa chọn khác là xếp chồng AlOx/SiOx, sử dụng hiệu ứng trường của nhôm oxit kết hợp với tiếp xúc SiOx/poly-Si hai lớp.
Nghiên cứu 26,34% không khám phá vấn đề này vì tiếp xúc p-TOPCon phía sau của nó vẫn là toàn bộ diện tích và không phụ thuộc vào thụ động hóa trường bản địa. Tuy nhiên, một khi tiếp xúc loại p phía sau trở thành dạng ngón, sự kết hợp giữa thụ động hóa trường AlOx và cấu trúc SiOx/poly-Si hai lớp có thể trở thành một lựa chọn nghiêm túc cho bước tiếp theo.
Cũng có một câu hỏi về quy trình liên quan đến tandem. Pin dưới được sử dụng trong tandem 32,73% có bề mặt phía trước được tạo nhám. Mô phỏng trong Hình 1 chỉ ra rằng cấu hình ngón tiếp xúc hai mặt TOPCon có thể có tiềm năng tandem cao hơn so với cấu trúc TOPCon hai mặt toàn bộ diện tích.
Nhưng làm thế nào để kiểm soát độ đồng đều của quang phát quang trên bề mặt phía trước có kết cấu với các ngón tay n-TOPCon cục bộ? Năng lượng laser quá mức có thể đốt cháy hoặc làm phẳng các đầu kim tự tháp cục bộ. Điều này có thể tiêu tốn một phần cửa sổ quy trình được tạo ra bởi quá trình xử lý kim tự tháp tròn.
Qua ba nghiên cứu—từ tế bào Das Solar 25,4% đến các tế bào 26,66% và 26,34%—logic tiếp xúc phía sau đã trải qua ba thế hệ: kiểm soát lỗ pinhole oxit, bảo vệ hai lớp chống thâm nhập bạc, và cuối cùng là p-TOPCon hai lớp kết hợp với kim loại hóa biến tính bằng kim loại kiềm.
Quan điểm của Ooitech
Cửa sổ quy trình thực sự là nút thắt cổ chai ở đây. Một khi p-TOPCon chuyển từ tiếp xúc phía sau toàn bộ diện tích sang các ngón tay BC cục bộ, điện trở tiếp xúc, tổn thương laser, kích hoạt boron và thụ động hiệu ứng trường sẽ phải được tối ưu hóa như một hệ thống ghép nối. Một lớp SiOx trung gian mỏng hơn có thể bảo vệ FF, nhưng nó cũng để lại ít biên độ hơn chống lại sự thâm nhập bạc và tổn thương giao diện do boron gây ra. Kết quả hữu ích tiếp theo sẽ là kết quả chứng minh cửa sổ tích hợp hoàn chỉnh này trên các wafer kích thước sản xuất, không chỉ là giá trị hiệu suất đỉnh.
