Giới thiệu sản phẩm

Một kỹ sư quy trình từng mô tả cảnh này với tôi.

Một ngày nọ, hình ảnh PL từ kiểm tra mẫu khuếch tán boron đột nhiên cho thấy một vài tấm wafer có các vân vòng đồng tâm. Phản ứng đầu tiên của anh ấy là kéo dữ liệu kiểm tra đầu vào của lô đó: thời gian sống của hạt tải thiểu số trên 1500 μs, độ hấp thụ kết tủa oxy đạt yêu cầu, mật độ khuyết tật vi mô trong giới hạn. Trên giấy tờ, mọi chỉ số đều xanh.

Anh ấy gọi phòng thí nghiệm để kiểm tra lại EBIC định kỳ. Không có gì xuất hiện. Chuyển sang ăn mòn ưu tiên kết hợp kính hiển vi quang học. Vẫn sạch.

Nhưng những vòng tròn trên bản đồ PL vẫn ở đó. Chúng không biến mất.

Kiểm tra đầu vào đạt, kiểm tra lại không thấy gì, và PL vẫn hiển thị vòng tròn tối. Sự không khớp ba chiều này là một trong những tổn thất thầm lặng phổ biến nhất mà kỹ sư quy trình loại N gặp phải.

Kẻ thù đằng sau nó là thứ mà bài viết này phân tích: khuyết tật vòng đồng tâm (CRD) trong silicon đơn tinh thể Czochralski quang điện loại N. Đây là một trong những kẻ giết hiệu suất bị đánh giá thấp nhất trong tế bào loại N, và trong trường hợp xấu nhất, nó có thể làm giảm 4% hiệu suất tế bào tuyệt đối.

Từ P-Type sang N-Type, Các Kỹ sư Đã Đổi Đối thủ

Hãy làm rõ một điều trước tiên.

Trong kỷ nguyên P-type，晶圆侧最大的老对手是硼氧对（BO缺陷）：一个B-Cz PERC电池在12小时光照下可能损失 3-5%绝对值 （Vicari Stefani 2022年博士论文中回顾的数据）。P型多晶硅也存在LeTID，最严重时可下降16%。整个行业花了十多年时间对抗这些光致衰减，从PERC工艺调整到组件侧的UV过滤封装材料。

在N型转型中，行业曾以为这场战斗结束了。N型晶圆是磷掺杂的，因此没有必然的B×O配对，BO缺陷根本无法形成。

但人们很快发现：BO消失了，而 氧沉淀（OP）自己站了出来。只是这次它们伪装得更隐蔽： 同心圆环缺陷.

浙江大学的李桂秀（在袁帅教授课题组）在2025年第21届CSPV会议上就此做了报告，并于2024年在 Applied Physics Letters 上发表了相关研究。他们共同清晰地阐述了： 同心圆环缺陷的本质是尺寸略小的氧沉淀。其三个特征本质上都是“不可见的”：

• 低电学和化学活性 ——不是那种一眼就能看出的氧沉淀

• 浅能级缺陷 （0.42-0.46 eV，PDG后甚至更浅）

• 原生状态不可见 ——生长态晶圆上毫无显示；必须完成扩散、退火等高温步骤后才会出现

最后一点正是工程师们栽跟头的地方： 它是一个“延迟显现者”。 等到你在电池PL上看到它时，晶圆环节的账目已经结清了。

这个敌人选择它的武器——标准装备无法触及

同心圆环缺陷颠覆了传统共识：“能测到的才是敌人。”

用不同武器对准同一片带有同心条纹的晶圆：

Dịch sang ngôn ngữ dây chuyền sản xuất, chỉ một câu: kẻ thù này chọn vũ khí của nó. Trang bị tiêu chuẩn không thể chạm tới nó. Trên dây chuyền, công cụ duy nhất bắt được nó hàng ngày là PL; để định lượng thực sự trong phòng thí nghiệm, bạn cần EBIC nhiệt độ thấp hoặc mạ đồng.

Đó cũng là lý do tại sao nhiều kỹ sư cảm thấy "dữ liệu đều đạt nhưng cell vẫn tát vào mặt tôi." Dữ liệu không phải giả. Vũ khí trong tay sai rồi.

Thông số kỹ thuật

12 ppma: Ranh giới sinh tử cho oxy wafer loại N

Vì khuyết tật vòng đồng tâm là kết tủa oxy, nguồn gốc là nồng độ oxy [Oᵢ] bên trong wafer.

Báo cáo của Li Guixiu vạch ra một ranh giới rất rõ ràng: [Oᵢ] > 12 ppma đi vào vùng kết tủa oxy có hoạt động tái hợp cao ("wafer lõi đen" mà các kỹ sư kỳ cựu biết rõ); [Oᵢ] < 12 ppma đi vào vùng OP kích thước nhỏ, đó chính là vòng đồng tâm chúng ta đang nói hôm nay.

12 ppma là ranh giới sinh tử cho oxy wafer loại N (theo tiêu chuẩn SEMI M6 cho vật liệu silicon, xấp xỉ 6×10¹⁷ cm⁻³). Dữ liệu ngành cho thấy công nghệ lò đơn tinh thể chủ đạo hiện tại chỉ có thể đạt khoảng 12.5 ppma; đẩy xuống thấp hơn thì năng suất giảm mạnh. Mức oxy tối thiểu mà nhà máy wafer có thể đạt được nằm ngay trên đường kích hoạt của khuyết tật vòng đồng tâm. Đó chính xác là lý do tại sao khuyết tật vòng đồng tâm phổ biến trong kỷ nguyên loại N.

Báo cáo của Li Guixiu đưa ra kết luận rõ ràng: trong trường hợp xấu nhất, các tấm wafer vượt quá 12 ppma [Oᵢ] có thể mất tới 4% hiệu suất pin tuyệt đối. "Trường hợp xấu nhất" ở đây có nghĩa là tình huống cực đoan của oxy vượt quá 12 ppma + biến động tốc độ kéo gây phân bố lỗ trống không đều + khuyết tật đầu và đuôi thỏi chồng chất. Đây không phải là giá trị trung bình; một dây chuyền thực tế thường thấy tổn thất ở mức 0,4-1%.

Đáng chú ý: nghiên cứu năm 2024 của Li Guixiu Applied Physics Letters chỉ ra rằng ngay cả trong các tấm wafer có oxy dưới 7×10¹⁷ cm⁻³ (~14 ppma), các vân đồng tâm vẫn có thể gây ra tổn thất hiệu suất lên tới 0,86% tuyệt đối . Điều đó có nghĩa là nguy cơ khuyết tật vẫn tồn tại ngay cả dưới 12 ppma. Giữ mức 12 ppma là giới hạn dưới, không phải là đích đến.

4% tuyệt đối có nghĩa là gì trên dây chuyền sản xuất? Đến năm 2026, hiệu suất trung bình theo bin của pin loại N sản xuất hàng loạt đã phân thành các cấp: TOPCon ở 25,6-26,2%, HJT ở 26,0-26,5%, BC ở 26,5-26,8%. Một dây chuyền chạy bình thường giữ biến động trung bình ca trong khoảng ±0,05% tuyệt đối; một khi trung bình lô giảm hơn 0,1%, dây chuyền dừng lại để điều tra và triệu tập đánh giá chất lượng. Mức giảm 4% tuyệt đối trong trường hợp xấu nhất do khuyết tật vân đồng tâm tương đương với việc đẩy cả một lô từ "cấp chính thống" xuống "cấp giảm cấp" hoặc thậm chí "cấp phế liệu" — toàn bộ thang hiệu suất của một lộ trình công nghệ bị xuyên thủng.

Nhưng đối với các nhà máy wafer và pin, nỗi đau thực sự trong sổ sách này không phải là sản xuất điện. Đó là các tấm wafer hiệu suất thấp không thể bán được:

• Dưới bin hiệu suất tối thiểu của khách hàng đồng nghĩa với hàng tồn kho chết ngay lập tức: khách hàng chính thống thường đặt bin tối thiểu cho pin loại N ở mức trên 25,4% (một số khách hàng lớn đặt chúng cao hơn). Nếu độ suy giảm trung bình của một lô xuống dưới 25%, khách hàng sẽ không nhận và lô đó chỉ có thể tiêu thụ nội bộ hoặc loại bỏ

• Bán hàng hạ cấp ăn trực tiếp vào lợi nhuận thông qua chênh lệch giá bin: mỗi bin xuống thấp hơn sẽ cắt giảm giá vài xu đến một dime mỗi watt; trên một lô hàng trăm MW, khoảng cách có thể lên tới hàng triệu đến hàng chục triệu lợi nhuận gộp bốc hơi

• Các vân đồng tâm tìm thấy trong lấy mẫu có nghĩa là truy xuất toàn bộ lô cộng với rủi ro trả hàng: một khi kiểm tra lại EL/PL phía khách hàng phát hiện ra, chuỗi trách nhiệm sẽ truy ngược về tận nhà máy wafer

Đó là sổ cái mà một kỹ sư thực sự theo dõi — không phải "nhà máy tạo ra ít điện hơn bao nhiêu," mà là "khách hàng có nhận lô này không."

Tại Sao Vấn Đề Này Đột Nhiên Trở Nên Tệ Hơn Trong Kỷ Nguyên N-Type

Điều tương tự đã tồn tại trong kỷ nguyên P-type, nhưng không gây rắc rối nhiều như vậy. Ba lý do khuếch đại nó trong kỷ nguyên N-type.

Lý do một: ngân sách nhiệt đã thay đổi.

Cửa sổ nhiệt của tế bào N-type là một hệ thống hoàn toàn khác so với P-type. Khuếch tán phospho PERC P-type đạt đỉnh ở 800-850°C — không cao, nhưng kết hợp với ủ nhiệt độ cao kéo dài có thể sửa chữa một phần các khuyết tật nhỏ. Trong lộ trình N-TOPCon, khuếch tán boron đạt đỉnh lên tới 1000-1050°C — nhiệt độ cao hơn, nhưng với thời gian lưu và môi trường hoàn toàn khác, thay vào đó dễ dàng "kích hoạt" các khuyết tật tiềm ẩn liên quan đến oxy. HJT còn cực đoan hơn: toàn bộ quy trình ở nhiệt độ thấp (khoảng 200°C), mất bất kỳ cửa sổ xử lý sau "ủ nhiệt độ cao để hòa tan khuyết tật". Một khi phía wafer có khuyết tật ẩn, phía tế bào gần như bất lực để cứu vãn.

Lý do hai: nồi nấu lớn hơn, đưa oxy vào nhiều hơn.

Đường kính lớn 300mm Cz + nồi nấu lớn hơn + chu kỳ kéo dài hơn làm cho tổng lượng oxy hòa tan từ nồi thạch anh tăng theo cấp số nhân. Trong lộ trình ITRPV, đường mục tiêu [Oᵢ] của wafer N-type thắt chặt qua từng năm.

Lý do ba: ô nhiễm thấp khiến "vũ khí cũ" thất bại.

Các vấn đề về kết tủa oxy từng hoành hành phần lớn vì ô nhiễm kim loại khuếch đại hoạt động tái hợp. Bài báo năm 2025 của Wu Ruokai và cộng sự trên tạp chí Solar Energy Materials and Solar Cells (DOI: 10.1016/j.solmat.2025.113739) đã định lượng điều này bằng EBIC:

• Kết tủa oxy bản địa (không nhiễm bẩn) → độ tương phản EBIC ≈2% (gần như "vô hình")

• Kết tủa oxy sau khi nhiễm sắt → độ tương phản EBIC ≈12% (hoạt tính tái hợp tăng lên 6×)

Trong những năm gần đây, mức độ nhiễm bẩn kim loại giảm mạnh, điều trớ trêu là khiến các kết tủa oxy trở nên "vô hình" hơn. Những tấm wafer lõi đen mà các kỹ sư kỳ cựu có thể phát hiện bằng PL dựa trên kinh nghiệm đã biến mất, thay vào đó là các vòng đồng tâm cần các công cụ chuyên dụng để xác định. Đây là sự không khớp giữa "sổ cái nhiễm bẩn kim loại" và "sổ cái oxy".

Lưu ý: nói "nhiễm bẩn thấp hơn làm kết tủa oxy vô hình hơn" hoàn toàn không có nghĩa là "nhiễm bẩn nhiều hơn thì tốt hơn". Một khi sắt xâm nhập, hoạt tính tái hợp của kết tủa oxy tăng vọt 6×, gây hại tổng thể nhiều hơn. Giảm nhiễm bẩn là hướng đi đúng; nó chỉ làm cho rủi ro "kết tủa oxy tinh khiết" khó bị phát hiện hơn bằng các phương pháp cũ. Vì vậy, xử lý nhiễm bẩn và kiểm soát oxy đều cần thiết và không thể thay thế cho nhau.

Ưu điểm kỹ thuật

Giải thích cơ chế: Một lần dao động tốc độ kéo, một vòng vân

Phần thanh lịch nhất trong báo cáo của Li Guixiu giải thích rõ ràng cơ chế vòng đồng tâm.

Bằng ngôn ngữ dây chuyền sản xuất: vòng đồng tâm không phải do quá nhiều oxy, mà do sự phân bố xuyên tâm không đồng đều của các lỗ trống [V].

Báo cáo của Li Guixiu sử dụng dữ liệu mô phỏng CGSim để chỉ ra rằng ở tốc độ kéo cố định, nồng độ lỗ trống xuyên tâm trong thỏi silicon tự nhiên là "cao ở tâm, thấp ở rìa", chênh lệch hơn một bậc độ lớn. Các phép đo FTIR cũng xác nhận phân bố xuyên tâm của [Oᵢ] khá đồng đều (tâm 6.0×10¹⁷ cm⁻³ so với rìa 5.1×10¹⁷ cm⁻³). Vì vậy, "vòng" được vẽ bởi các lỗ trống, không phải bởi oxy.

Sự tạo mầm kết tủa oxy cần "[V] vừa phải": quá thấp thì không thể tạo mầm, quá cao thì hình thành lỗ rỗng trực tiếp. Khi tốc độ kéo dao động trong quá trình kéo, phân bố [V] xuyên tâm dao động theo, và vị trí tạo mầm OP dịch chuyển dọc theo bán kính — đó là cách vòng vân được "vẽ".

Một dòng: tốc độ kéo ổn định, cụm khuyết tật; tốc độ kéo giật cục, vòng khuyết tật.

Nhiều kỹ sư dây chuyền lầm tưởng vòng đồng tâm có nghĩa là 'nhiều oxy hơn ở rìa' và điều chỉnh đường dẫn oxy trong vùng nóng — sai hướng. 'Vòng' được tạo ra bởi sự dao động của lỗ trống, không phải do nồng độ oxy không đồng đều.

Ứng dụng sản phẩm

Ba tuyến phòng thủ: Dây chuyền sản xuất chiến đấu như thế nào

Với cơ chế đã được giải thích, đây là phần mà các kỹ sư quan tâm nhất: làm thế nào để chống lại điều này? Sắp xếp theo mức đầu tư từ lớn đến nhỏ, từ xa đến gần dây chuyền, khuyết tật vòng đồng tâm có ba tuyến phòng thủ.

Tuyến một: giảm oxy nguồn (biện pháp mạnh nhất ở khâu kéo tinh thể)

Hành động cốt lõi: đẩy [Oᵢ] xuống dưới 12 ppma.

Bằng chứng mạnh nhất của Li Guixiu là dữ liệu đo từ MCz (magnetic Czochralski) — với [Oᵢ] được kiểm soát ở 4 ppma (~2×10¹⁷ cm⁻³), cả tấm wafer như kéo và sau khi ủ 750°C/16h + 1000°C/8-16h đều cho thấy [Oᵢ] xuyên tâm hoàn toàn đồng nhất, và khuyết tật vòng đồng tâm biến mất.

Chi phí cũng rõ ràng: MCz cần hệ thống từ trường, làm tăng chi phí sản xuất thỏi. Tuyến phòng thủ này phù hợp với các nhà sản xuất wafer hàng đầu cho sản phẩm N-type cao cấp; không phải dây chuyền nào cũng có thể chịu được.

Tuyến hai: ổn định quy trình (bài tập hàng ngày ở khâu kéo tinh thể)

Ngay cả khi không có MCz, vẫn có nhiều việc phải làm:

• Kiểm soát dao động tốc độ kéo — chìa khóa là 'ổn định', không phải 'nhanh'. Tốt hơn là hy sinh một chút hiệu suất kéo còn hơn để [V] dao động

• Kéo pha tạp nitơ — dữ liệu đo từ báo cáo năm 2026 của Wang Pengfei (Jinko): thời gian sống của hạt tải thiểu số tăng 7%, hiệu suất tế bào tăng 0,01%. Các phân tử nitơ liên kết với các lỗ trống dư thừa, ngăn chặn sự hình thành lỗ rỗng và kết tủa oxy, và sau đó các bước nhiệt độ cao giải phóng nitơ trở lại

• Rút ngắn thời gian lưu trong khoảng 850-650°C — trong quá trình làm nguội thỏi, oxy kết tụ nhanh hơn với sự hỗ trợ của lỗ trống; khoảng nhiệt độ này là 'lò ấp khuyết tật', vì vậy hãy đi qua nó càng nhanh càng tốt

Tuyến ba: sàng lọc wafer đầu vào (cửa cuối của nhà máy tế bào)

Làm thế nào để sàng lọc wafer đầu vào? Wang Pengfei đưa ra hai chỉ số cứng:

• Mật độ vi khuyết tật < 40 trên mỗi mm²

• Độ hấp thụ kết tủa oxy < 0.5 (đỉnh hấp thụ FTIR tại 1230 cm⁻¹)

Đối với quy trình HJT, thêm hai điều kiện nữa:

• Chụp ảnh PL để sàng lọc "vùng tối hình xoáy" — bằng chứng trực quan duy nhất về khuyết tật vòng đồng tâm trên mặt wafer

• Ưu tiên quá trình gettering phốt pho hai bước (PDG thứ hai) hơn một bước — bài báo của Wu Ruokai xác nhận rằng ngay cả sau PDG, PCE của wafer khuyết tật vẫn 0.4% tuyệt đối thấp hơn wafer tiêu chuẩn (khuyết tật 24.68% so với tiêu chuẩn 25.08%, dữ liệu phòng thí nghiệm). Mặc dù đây là dữ liệu tế bào phòng thí nghiệm diện tích nhỏ, mức độ này đóng vai trò tham chiếu: 0.4% tuyệt đối trên dây chuyền sản xuất hàng loạt có nghĩa là toàn bộ lô giảm hai hạng, phá vỡ phân phối hạng sản phẩm và tạo ra vấn đề giao hàng theo đơn đặt hàng — một tổn thất đau đớn hơn nhiều so với sổ sách "bao nhiêu năng lượng"

Nếu quy trình tế bào cho phép, việc đưa vào quá trình ủ "phân hủy khuyết tật" trước khi khuếch tán boron (tăng nhiệt nhanh 1100°C, giữ 10-30 phút, làm nguội nhanh) mang lại khoảng 1000 độ sáng PL theo báo cáo của Wang Pengfei, với ước tính tăng 0.02-0.03% tế bào. Đây là thay đổi nhỏ nhất bạn có thể chèn vào dây chuyền hiện có.

Ba điều báo cáo và bài báo không nói với bạn

Để kết thúc phân tích kỹ thuật, cũng phải làm rõ các giới hạn của bài báo.

Thứ nhất, "ăn mất 4% hiệu suất" là trường hợp xấu nhất sau khi vượt ngưỡng. 12 ppma là đường cảnh báo, không phải "vượt qua là chắc chắn mất 4%." Sau khi oxy vượt ngưỡng này, nếu biến động lỗ trống chồng lên, tổn thất dao động từ 0 đến 4% tuyệt đối; 4% là trần, và bài báo của Wu Ruokai cho thấy mức chênh lệch thực tế giữa wafer khuyết tật và wafer tiêu chuẩn là 0.4% tuyệt đối. Ba lớp dữ liệu liên quan như sau: 4% là trần cực đoan của vượt ngưỡng + biến động lỗ trống + chồng đầu-đuôi; 0.86% là đo lường phòng thí nghiệm khi oxy hơi trên 12 ppma (Li Guixiu APL 2024); 0.4% là mức còn lại sau PDG (Wu Ruokai 2025). Bạn càng vượt ngưỡng lâu và càng nhiều yếu tố chồng lên, bạn càng tiến gần đến trần 4% đó. 12 ppma giữ vững giới hạn dưới của "không vào vùng hoạt động tái hợp cao."

Thứ hai, sổ sách chi phí MCz không được chi tiết. Báo cáo học thuật giải quyết "có thể làm được không"; kỹ sư vẫn phải tính toán "có đáng không." Ở quy mô dây chuyền nào thì MCz hòa vốn? Điều đó phụ thuộc vào mức chênh lệch giá của cell loại N — hiện tại dòng sản phẩm cao cấp HJT có thể hỗ trợ, còn N-TOPCon tiêu chuẩn vẫn gặp khó khăn.

Thứ ba, sự kết hợp giữa pha tạp nitơ và HJT còn ít được đề cập trong tài liệu. Liệu nitơ có tương tác với hydro trong quy trình HJT không? Các tài liệu hiện có chủ yếu xác thực trên lộ trình N-TOPCon; dữ liệu về lộ trình HJT vẫn chưa đầy đủ.

Tóm tắt một dòng

Kỷ nguyên P-type là về "loại bỏ cặp BO"; kỷ nguyên N-type là về "khóa chặt kết tủa oxy." Kẻ thù đã thay đổi hình dạng, vì vậy vũ khí của kỹ sư cũng phải thay đổi — PL imaging theo dõi vị trí, EBIC nhiệt độ thấp định lượng, [Oᵢ] < 12 ppma giữ ranh giới chết, tốc độ kéo ổn định, PDG hai bước hỗ trợ.

Kẻ giết người vô hình không đáng sợ. Điều đáng sợ là mang vũ khí tiêu chuẩn để chiến đấu với nó.

Quan điểm của Ooitech

Điều tôi ấn tượng ở đây là số phận của một dây chuyền N-type phần lớn được quyết định ở thượng nguồn, tại quá trình kéo tinh thể, rất lâu trước khi bất kỳ thiết bị cell nào nhìn thấy wafer. Một vòng tròn đồng tâm bắt nguồn từ tốc độ kéo không ổn định không thể được khắc phục hoàn toàn ở hạ nguồn, vì vậy dây chuyền cell thực sự đang kế thừa một vấn đề mà nó không tạo ra. Trên dây chuyền sản xuất module của chúng tôi, chúng tôi thấy mặt trái của điều này — wafer tốt bị lãng phí do sai lệch quy trình, hoặc wafer cận biên được cứu nhờ kiểm tra chặt chẽ — đó là lý do tại sao kỷ luật PL imaging quan trọng không kém ở phía module so với kiểm tra đầu vào. Nếu bạn muốn xem điều này diễn ra trên một dây chuyền tự động thực tế, kênh YouTube của chúng tôi tại www.youtube.com/ooitech có nhiều cảnh quay nhà máy đáng xem. Kết luận: giữ 12 ppma, duy trì tốc độ kéo ổn định, và tin tưởng PL hơn giấy tờ.

Tài liệu tham khảo

Li Guixiu (Đại học Chiết Giang). Khuyết tật vòng tròn đồng tâm trong silicon đơn tinh thể Czochralski loại N cho quang điện. Hội nghị CSPV lần thứ 21, 2025-11-27

Li G, Yuan S, Zhou S, et al. Các vân tách rời trong pin mặt trời silicon Czochralski loại N. Applied Physics Letters, 2024, 125(25)

Wang Pengfei (Jinko Solar). Đặc tính chất lượng và ức chế khuyết tật của silicon đơn tinh thể quang điện. 2026

R. Wu, et al. Ảnh hưởng của quá trình khuếch tán phospho trước khi gettering đến tính chất điện của khuyết tật liên quan đến oxy trong pin mặt trời dị tiếp silicon tinh thể loại N. Solar Energy Materials and Solar Cells 290 (2025) 113739. DOI: 10.1016/j.solmat.2025.113739

B. Vicari Stefani. Nghiên cứu khuyết tật khối trong wafer silicon loại P và pin mặt trời (Luận án Tiến sĩ), 2022