Cách bạc dán ăn mòn xuyên qua poly-Si ở mặt sau TOPCon

Câu trả lời nhanh: Hồ bạc ăn xuyên qua poly-silicon ở mặt sau của pin TOPCon vì lý do ngược lại với việc nó đốt xuyên lớp phủ mặt trước. Ở mặt trước, hồ phải xuyên qua lớp chống phản xạ để tiếp cận emitter. Ở mặt sau, nó phải tiếp xúc với lớp polysilicon pha tạp chỉ dày khoảng 100 nm, nằm trên lớp oxit đường hầm có thể dày 1,5 nm. Nếu hồ ăn mòn xuyên qua polysilicon, nó sẽ chạm tới lớp oxit đường hầm và phá hủy lớp thụ động mà toàn bộ cấu trúc tồn tại để cung cấp; tiếp xúc tạo thành vẫn tốt về mặt điện và pin bị mất điện áp. Các lớp làm việc trong sản xuất nằm trong khoảng 40 nm đến 60 nm tùy thuộc vào chồng lớp. Biên dạng nung và hóa học của hồ phải dừng quá trình ăn mòn ở đúng độ sâu, đó là lý do các công thức kim loại hóa mặt sau được phát triển song song với bước lắng đọng.

Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech

Giới thiệu

Lần trước chúng ta đã nói về bạc dán mặt trước. Toàn bộ vấn đề ở đó là "đốt xuyên qua." Tại sao một quy trình laser có thể buộc toàn bộ bạc dán mặt trước phải được thay thế?

Mặt sau thì hoàn toàn ngược lại.

Bạc vẫn phải đi vào. Nhưng một khi đã vào, nó phải dừng lại ngay lập tức.

Bởi vì ở mặt trước, nếu bạc không ăn sâu vào, điện trở tiếp xúc sẽ không giảm. Ở mặt sau, nếu bạc ăn quá sâu, nó sẽ xuyên thẳng qua phần giá trị nhất của TOPCon — tiếp xúc thụ động hóa.

Vậy nên kim loại hóa mặt trước là về "làm sao để đi vào." Kim loại hóa mặt sau là về "làm sao để dừng lại một khi đã vào."

Bài này phân tích mặt sau đến tận cùng: tại sao bạc "ăn xuyên" poly-Si, điều gì xảy ra khi nó làm vậy, và cách thiết kế poly-Si hai lớp mới nhất tạo cho bạc một con đường nói rằng "dừng lại khi đến nơi."

Trước tiên hãy nhìn vào bố cục mặt sau

Cấu trúc xếp lớp mặt sau thực sự trông như thế nào

Từ ngoài vào trong, mặt sau TOPCon được xếp lớp đại khái như sau: lớp bảo vệ SiNx, (một số nhà sản xuất chạy ALD hai mặt và thêm một lớp AlOx ở mặt sau nữa), poly-Si, oxit đường hầm, và bên dưới đó là đế silicon loại n.

Khác biệt lớn nhất so với mặt trước là lớp dưới cùng đó — oxit đường hầm, chỉ dày khoảng 1–1,5 nm. Nó là đường sống của toàn bộ quá trình thụ động hóa mặt sau. Toàn bộ giá trị thụ động hóa của poly-Si phụ thuộc vào việc màng này còn nguyên vẹn.

Ranh giới nhiệm vụ của bạc dán mặt sau cũng khác so với mặt trước. Đốt xuyên qua lớp bảo vệ SiNx không thể bỏ qua — đó là vé vào cửa, giống như mặt trước. Nhưng mục tiêu tiếp xúc của nó nằm bên trong poly-Si. Poly-Si được pha tạp nặng, bản thân nó là một lớp dẫn điện. Một khi bạc đến được poly-Si và tạo tiếp xúc, nhiệm vụ hoàn thành.

Sau đó nó phải dừng lại.

Nếu bạc tiếp tục đi xuống, xuyên qua oxit đường hầm và vào đế silicon — tiếp xúc thụ động chết ngay tại chỗ. Các tâm tái hợp xuất hiện khắp giao diện, Voc giảm, và nền tảng của pin này bị phá hủy.

Một lưu ý từ dây chuyền sản xuất: lớp AlOx mặt sau hiện vẫn là tùy chọn, và nhiều nhà sản xuất bỏ qua nó. Nhưng khi ngón tay poly mặt sau và các cấu trúc cục bộ khác phát triển, nhu cầu thụ động hóa ở các vùng không kim loại hóa sẽ tiếp tục tăng, và các lớp thụ động hóa điện môi như AlOx rõ ràng sẽ trở nên quan trọng hơn. Vậy nên một lớp màng trông có vẻ "tùy chọn" hôm nay thực ra có thể đang dành sẵn một giao diện cho cấu trúc poly-Si cục bộ thế hệ tiếp theo. Đọc sự tiến hóa đó, bạn thấy thiết kế màng mặt sau đang mở đường cho bước tiếp theo.

Poly-Si đơn lớp — Tại sao nó không thể giữ vững phòng tuyến

Đầu tiên, cách bạc "ăn" vào.

Bài về mặt trước đã đề cập: trong quá trình nung, bạc hòa tan vào pha thủy tinh nóng chảy và di chuyển cùng với thủy tinh. Ở mặt sau, cơ chế tương tự vẫn tiếp tục — khác biệt là emitter mặt trước chào đón các gai bạc đâm vào, trong khi poly-Si mặt sau không thể chịu đựng bạc đi sâu hơn nữa.

Vấn đề với poly-Si đơn lớp là về cấu trúc: nó được tạo thành từ các hạt tinh thể, và các biên hạt chạy suốt từ trên xuống dưới. Biên hạt là một kênh nhanh quan trọng để bạc di chuyển vào sâu trong poly-Si.

Một khi bạc di chuyển xuống theo các biên hạt và đến gần oxit đường hầm, nó có thể tiếp tục gây hư hại cục bộ hoặc tạo thành một đường xuyên kim loại, cuối cùng mang bạc vào đế silicon — và từ khoảnh khắc đó, cơ sở vật lý của tiếp xúc thụ động biến mất.

Đây không phải là phỏng đoán, mà là một quan sát được ghi nhận. Trong bài báo 26,66% công bố trên Nature Energy của Viện Vật liệu Ninh Ba và JinkoSolar, HAADF và HR-TEM đã kiểm tra vật lý toàn diện giao diện nung của một mẫu poly-Si đơn lớp: các hạt nano bạc xuất hiện rải rác bên trong đế silicon, với các dấu vết bạc chạy suốt từ poly-Si vào đế. Bản thân oxit đường hầm vẫn nguyên vẹn, nhưng nó không giữ được bạc lại — một rào cản đơn lẻ không thể ngăn dòng bạc đổ xuống theo các biên hạt.

Thiết kế hai lớp: Không chặn chết, mà để lại một cánh cửa

Phần phản trực giác trong giải pháp của bài báo: thay vì chặn bạc chết, họ tạo cho bạc một con đường nói rằng "dừng lại khi đến nơi."

Mặt sau được làm với hai lớp poly-Si, tổng cộng khoảng 100 nm, mỗi lớp làm nhiệm vụ riêng. Điều này mô tả cấu trúc hai lớp cụ thể được sử dụng trong bài báo. Không phải mọi poly-Si hai lớp đều theo cấu hình cố định 60/40 nm, pha tạp nặng/nhẹ này.

Lớp ngoài, 60 nm, pha tạp nặng, chủ yếu vô định hình — sảnh tiếp đón. Nhiều biên hạt, nồng độ phốt pho cao, bạc đi vào tự do. Một khi nó đến vị trí, nó tạo tiếp xúc ohmic với poly-Si pha tạp nặng. Đây là vai trò "dẫn": tiếp xúc phải hình thành, dòng điện phải đi ra.

Lớp trong, 40 nm, pha tạp nhẹ, kết tinh cao — cổng chặn. Độ kết tinh cao, mật độ biên hạt thấp, bạc không có nơi nào để đi một khi đến đây. Đây là lớp cấu trúc làm nhiệm vụ "chặn."

Oxit đường hầm — rào cản hóa học cuối cùng. Nó không chỉ mỏng về mặt vật lý. Quan trọng hơn, nó thay đổi điều kiện giao diện để bạc tiếp tục di chuyển về phía đế silicon và tạo thành một pha kim loại ổn định. Khi bạc bị chặn gần poly-Si kết tinh cao và giao diện SiOx, việc tạo thành một đường xuyên kim loại xuống đế trở nên khó khăn hơn nhiều.

Vậy nên "phanh" thực sự không phải do bất kỳ lớp đơn lẻ nào làm. Chính poly-Si kết tinh cao + oxit đường hầm cùng nhau tạo nên phòng tuyến cuối cùng.

So sánh HR-TEM làm điều đó trở nên sống động: trong mẫu đơn lớp, bạc thấm vào đế như những chấm rải rác. Trong mẫu hai lớp, sau khi bạc đã xuyên qua phần lớn lớp ngoài, nó bị lớp trong ép thành hình "cái bát" — nó lan ra hai bên nhưng không thể đi xuống nữa.

Hiệu quả cũng trực tiếp: điện áp mạch hở ngụ ý tăng từ 752 mV lên 757 mV. Đằng sau mức tăng 5 mV đó là một sự thật cốt lõi — sự xâm nhập của bạc đã bị kìm hãm rõ rệt, và lớp thụ động hóa đã được giữ nguyên. 5 mV này không phải được "tạo ra", mà là được tiết kiệm — điện áp lẽ ra đã bị mất đi.

Một câu để tóm gọn thiết kế này: sự khôn ngoan của việc chặn bạc không nằm ở "bịt", mà ở "xếp lớp" — lớp chào đón thì chào đón, lớp gác cổng thì giữ cổng. Lớp ngoài đảm nhận việc tạo tiếp xúc, lớp trong giữ giới hạn cuối, và lớp oxide đường hầm chống đỡ chốt chặn cuối cùng.

Lợi ích, Chi phí, và Vị trí của nó trong Ngành

Trước tiên là lợi ích: Voc,i +5 mV. Trụ cột phía sau của hiệu suất được chứng nhận 26,66% đó chính xác là cấu trúc hai lớp này.

Giờ đến chi phí, nói thẳng: thêm một lần lắng đọng, thêm một giao diện. Độ phức tạp và chi phí quy trình tăng thêm là có thật. Và bản thân bài báo cũng thừa nhận lớp ngoài không chặn được 100% bạc — chốt chặn cuối cùng đó dựa vào sự kết hợp của lớp poly-Si bên trong cộng với lớp oxide đường hầm.

Trên bản đồ ngành, đây không phải là trường hợp cá biệt. Cấu trúc TOPCon hai mặt 26,35% được chứng nhận trước đó của JinkoSolar cũng dùng chính xác cấu trúc hai lớp SiOx/poly-Si cộng với sửa đổi chọn lọc bằng laser picosecond UV. Và có hơn một nhóm học thuật đang nghiên cứu poly-Si hai lớp và ba lớp. Phân lớp chức năng của poly-Si là hướng mà ngành đang tiến tới — đằng sau đó là cùng một logic: tách hai nhiệm vụ "tiếp xúc" và "thụ động hóa" ra khỏi một màng đơn, và giao mỗi nhiệm vụ cho lớp riêng của nó.

Đáng để phân biệt ở đây: ngay cả với cùng một lớp poly-Si hai lớp, hai kỷ lục gần đây sử dụng nó theo cách khác nhau. Trong bài báo 26,35% của Jinko (Đại học Yangzhou + Jinko, EES), cấu trúc hai lớp kết hợp sửa đổi bằng laser picosecond UV với khắc ướt để làm mỏng chọn lọc lớp poly-Si bên ngoài ở vùng không kim loại hóa phía sau — mục tiêu là cắt giảm hấp thụ ký sinh và nâng cao tính hai mặt. Đó là một "vấn đề quang học". Bài báo 26,66% của Ningbo nhắm cấu trúc hai lớp vào việc chặn bạc và giữ nguyên lớp thụ động hóa. Đó là một "vấn đề điện học". Poly-Si hai lớp giống như một nền tảng — các nhóm khác nhau giải quyết các vấn đề khác nhau trên đó, nhưng hướng đi thì giống nhau: để mỗi lớp chỉ làm một việc. Trong danh sách các đòn bẩy hiệu suất giai đoạn tiếp theo cho TOPCon của chính nhóm Ye Jichun, cấu trúc poly-Si hai lớp và polysilicon cục bộ (poly finger) nằm ngay ở đầu — bài báo này Nature Energy vừa biến mục đầu tiên trong danh sách đó thành một kỷ lục.

Vẫn phải dội chút nước lạnh: những kỷ lục này đều được tạo ra trên thiết bị phòng thí nghiệm, chính các bài báo cũng nói vậy. Từ phòng thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất hàng loạt, sản lượng, thời gian chu kỳ, chi phí — mọi cửa ải đều phải vượt qua lại.

Một Bảng để Làm Rõ

Ba Điều để Mang về cho Đội Dây chuyền

Thứ nhất, bệnh phía sau và bệnh phía trước xuất hiện trên hai thông số khác nhau. Khi mặt trước có vấn đề, thường thể hiện ở FF (điện trở tiếp xúc). Khi mặt sau có vấn đề, thường thể hiện ở Voc (lớp thụ động hóa bị đánh thủng). Khi bạn đang truy tìm bất thường Voc, ngoài việc kiểm tra quy trình thụ động hóa, nhiệt độ nung và cấu trúc poly-Si đều nên nằm trong danh sách.

Thứ hai, bạc đi được bao xa là do cấu trúc quyết định. Nung chỉ điều khiển ga. Bạc đi sâu đến đâu — thượng nguồn là thiết kế cấu trúc poly-Si: một lớp hay hai lớp, độ kết tinh cao hay thấp, gradient nồng độ pha tạp. Cửa sổ nung chỉ điều khiển tốc độ trên đường ray đó. Nếu cấu trúc không cung cấp một tuyến phòng thủ, thì có tinh chỉnh nung tốt đến đâu cũng không cứu được.

Thứ ba, phân lớp là xu hướng. Hãy theo dõi chặt chẽ chồng lớp hỗ trợ. Phân lớp chức năng của poly-Si, poly finger phía sau, AlOx từ tùy chọn thành bắt buộc — những tiến hóa này đều gắn liền với nhau. Khi bạn lập kế hoạch quy trình, đừng chỉ nhìn một bước đơn lẻ, hãy nhìn hướng mà cấu trúc đang tiến hóa.

Vậy đòn bẩy hiệu suất thực sự trong kim loại hóa TOPCon không phải là nung bạc "mạnh hơn", mà là biết bạc nên kết thúc ở đâu.

Mặt trước: để nó vào chính xác. Mặt sau: để nó dừng chính xác.

Và bước tiến tiếp theo là làm cho bạc ngày càng ít đi.

Quan điểm của Ooitech

Điều luôn khiến chúng ta đau đầu trên sàn xưởng là các vấn đề Voc hiếm khi truy về một nút vặn duy nhất. Một Voc phía sau không hồi phục dù bạn tinh chỉnh cửa sổ nung thế nào thường là câu chuyện cấu trúc, không phải câu chuyện hồ bạc — và poly-Si hai lớp về cơ bản là ngành đang thừa nhận điều đó. Đáng nhớ rằng những con số này vẫn đến từ thiết bị phòng thí nghiệm, nên bước nhảy sang dây chuyền thực tế là nơi sản lượng và thời gian chu kỳ lên tiếng. Nếu bạn thích kiểu phân tích chi tiết ở cấp độ cell này, kênh YouTube tại www.youtube.com/ooitech có thêm nhiều nội dung từ bên trong các dây chuyền module thực tế.