Күміс пастасы TOPCon артқы жағындағы поли-Si-ді қалай "тістейді"

Кіріспе

Соңғы жолы біз алдыңғы жақтағы күміс пастасы туралы айттық. Ондағы басты мәселе — "оны өртеп өту". Неліктен бір лазерлік процесс бүкіл алдыңғы жақтағы күміс пастасын ауыстыруға мәжбүр етеді?

Артқы жағы мүлдем керісінше.

Күміс әлі де кіруі керек. Бірақ кіргеннен кейін ол бірден тоқтауы керек.

Себебі алдыңғы жағында күміс өртенбесе, контакт кедергісі төмендемейді. Артқы жағында күміс тым терең өртенсе, ол TOPCon-ның ең құнды бөлігі — пассивацияланған контакт арқылы тікелей тесіп өтеді.

Сондықтан алдыңғы жақтың металдандыруы — "қалай кіру керек" туралы. Артқы жақтың металдандыруы — "кіргеннен кейін қалай тоқтау керек" туралы.

Бұл мақала артқы жағын толық қарастырады: неліктен күміс поли-Si арқылы "тістейді", бұл болғанда не болады және ең жаңа екі қабатты поли-Si дизайны күміске "келгенде тоқта" дейтін жолды қалай салады.

Алдымен Артқы Жақтың Құрылымын Қараңыз

Артқы қабаттың нақты құрылымы қандай

Сырттан ішке қарай, TOPCon артқы жағы шамамен былай қабатталған: SiNx қорғаныс қабаты, (кейбір өндірушілер екі жақты ALD қолданып, артқы жағына да AlOx қабатын қосады), поли-Si, туннельдік оксид, ал оның астында n-типті кремний субстраты орналасқан.

Алдыңғы жақтан ең үлкен айырмашылық — төменгі қабат, туннельдік оксид, оның қалыңдығы небәрі 1–1.5 нм. Ол бүкіл артқы жақ пассивациясының өмірлік желісі. Поли-Si-дің барлық пассивациялық құндылығы осы қабықшаның бүтіндігіне байланысты.

Артқы күміс пастасының жұмыс шекарасы да алдыңғы жақтан ерекшеленеді. SiNx қорғаныс қабатын өртеп өтуді өткізіп жіберуге болмайды — бұл кіру билеті, алдыңғы жақ сияқты. Бірақ оның контакт мақсаты поли-Si ішінде орналасқан. Поли-Si қатты допирленген, ол өзіндік өткізгіш қабат. Күміс поли-Si-ге жетіп, контакт құрғаннан кейін жұмыс аяқталды.

Содан кейін ол тоқтауы керек.

Егер күміс төмен қарай жүре берсе, туннель оксиді арқылы өтіп, кремний субстратына жетсе — пассивтелген контакт сол жерде өледі. Интерфейс бойынша рекомбинация орталықтары пайда болады, Voc төмендейді, және бұл ұяшықтың негізі бұзылады.

Өндірістік желідегі ескерту: артқы AlOx қабаты қазір әлі міндетті емес, көптеген өндірушілер оны өткізіп жібереді. Бірақ артқы поли саусақтар және басқа локализацияланған құрылымдар дамыған сайын, металдандырылмаған аймақтардағы пассивтеу талабы өсе береді, және AlOx сияқты диэлектрлік пассивтеу қабаттары айқын маңызды болады. Сонымен, бүгін «міндетті емес» болып көрінетін пленка қабаты шын мәнінде келесі буын локализацияланған поли-Si құрылымы үшін интерфейсті сақтап қоюы мүмкін. Осы эволюцияны оқысаңыз, артқы пленка дизайны келесі қадамға жол салып жатқанын көресіз.

Бір қабатты поли-Si — Неге ол шепті ұстай алмайды

Алдымен, күміс қалай «тістеп» кіреді.

Алдыңғы жақ бөлігі мұны қамтыды: күйдіру кезінде күміс балқыған шыны фазасында ериді және шынымен бірге қозғалады. Артқы жағында бұл механизм жалғасады — айырмашылығы, алдыңғы эмиттер күмістің енуін қарсы алады, ал артқы поли-Si күмістің тереңірек кетуіне шыдай алмайды.

Бір қабатты поли-Si проблемасы құрылымдық: ол дәндерден тұрады, және дән шекаралары жоғарыдан төменге дейін өтеді. Дән шекаралары күмістің поли-Si тереңдігіне көшуінің негізгі жылдам арнасы болып табылады.

Күміс дән шекаралары бойымен төмен қарай көшіп, туннель оксидіне жақындағанда, ол жергілікті зақымдануды тудыруы немесе металл ену жолын құруы мүмкін, ақырында күмісті кремний субстратына апарады — және осы сәттен бастап пассивтелген контактінің физикалық негізі жоғалады.

Бұл болжам емес, бұл құжатталған бақылау. 26.66% мақаласында жарияланған Nature Energy Нинбо Материалдар институты және JinkoSolar компаниясының зерттеуінде, HAADF және HR-TEM бір қабатты поли-Si үлгісінің күйдіру интерфейсіне толық физикалық тексеру жүргізді: күміс нанобөлшектері кремний субстратының ішінде шашыраңқы пайда болды, күміс іздері поли-Si-ден субстратқа дейін созылды. Туннель оксидінің өзі әлі бүтін болды, бірақ ол күмісті ұстай алмады — бір тосқауыл дән шекаралары бойымен құйылып жатқан күмісті тоқтата алмайды.

Қос қабатты дизайн: Толық бөгеу емес, бірақ есік қалдыру

Мақаладағы шешімнің қарама-қайшы бөлігі: өлі күміс ағынын бөгеудің орнына, олар күміске «келгенде тоқта» деген жол салды.

Артқы жағы екі поли-Si қабатынан жасалды, жалпы қалыңдығы шамамен 100 нм, әрқайсысы өз жұмысын атқарады. Бұл мақалада қолданылған нақты екі қабатты құрылымды сипаттайды. Барлық екі қабатты поли-Si осы тұрақты 60/40 нм, ауыр легирленген/жеңіл легирленген конфигурацияға сәйкес келмейді.

Сыртқы қабат, 60 нм, қатты легирленген, негізінен аморфты — қабылдау залы. Көптеген дән шекаралары, жоғары фосфор концентрациясы, күміс еркін кіреді. Ол өз орнына жеткенде, қатты легирленген поли-Si-мен омдық контакт құрайды. Бұл «өткізу» рөлі: контакт пайда болуы керек, ток шығуы керек.

Ішкі қабат, 40 нм, жеңіл легирленген, жоғары кристалды — қақпа. Жоғары кристалдылық, төмен дән шекарасы тығыздығы, күмістің мұнда жеткенде барар жері жоқ. Бұл «бөгеу» қызметін атқаратын құрылымдық қабат.

Туннельдік оксид — соңғы химиялық тосқауыл. Ол тек физикалық тұрғыдан жұқа емес. Ең бастысы, ол күмістің кремний субстратына қарай жылжуына және тұрақты металл фазасын құруына арналған интерфейс жағдайларын өзгертеді. Күміс жоғары кристалды поли-Si және SiOx интерфейсінің жанында тоқтатылғанда, субстратқа дейін металл ену жолын құру әлдеқайда қиындайды.

Сонымен, нағыз «тежегіш» бір қабаттың өзімен жасалмайды. Бұл жоғары кристалды поли-Si + туннельдік оксид бірге соңғы қорғаныс шебін құрайды.

HR-TEM салыстыруы мұны айқын көрсетеді: бір қабатты үлгіде күміс субстратқа шашыраңқы нүктелер ретінде енеді. Екі қабатты үлгіде, күміс сыртқы қабаттың көп бөлігін тесіп өткеннен кейін, ішкі қабат оны «тостаған пішініне» мәжбүрлейді — ол бүйірге таралады, бірақ төмен түсе алмайды.

Әсері де тікелей: болжамды ашық тізбек кернеуі 752 мВ-тан 757 мВ-қа дейін өсті. Осы 5 мВ өсімнің артында бір негізгі факт жатыр — күмістің енуі анық басылды және пассивация сақталды. Бұл 5 мВ «жасалған» жоқ, ол сақталды — әйтпесе жоғалатын кернеу.

Бұл дизайнды бір жолмен қорытындылауға болады: күмісті бөгеудің даналығы «тығындауда» емес, «қабаттауда» — қарсы алушылар қарсы алады, қақпашылар қақпаны күзетеді. Сыртқы қабат контакт жасауды қамтамасыз етеді, ішкі қабат түпкі шекті ұстайды, ал туннельдік оксид соңғы аялдаманы қамтамасыз етеді.

Пайдасы, құны және саладағы орны

Алдымен пайдасы: Voc,i +5 мВ. Сол 26.66% сертификатталған тиімділіктің артқы жағындағы тірек — дәл осы қос қабатты құрылым.

Енді құны, тура айтқанда: тағы бір тұндыру, тағы бір интерфейс. Қосылған процестің күрделілігі мен құны нақты. Ал мақаланың өзі сыртқы қабат күмістің 100% тоқтатпағанын мойындайды — соңғы қақпа ішкі қабат poly-Si плюс туннельдік оксидтің комбинациясына сүйенеді.

Сала картасында бұл бір реттік емес. JinkoSolar-дың бұрынғы сертификатталған 26.35% бифасиалды TOPCon дәл осы қос қабатты SiOx/poly-Si құрылымын плюс УК пикосекундтық лазерлік селективті модификацияны қолданған. Ал бірнеше академиялық топ Bilayered және Triple-layer poly-Si бойынша жұмыс істеп жатыр. Poly-Si функционалдық қабаттау — сала бағытталған бағыт — артында сол логика: «контакт» және «пассивация» екі жұмысын бір пленкадан бөліп, әрқайсысын өз қабатына беру.

Мұнда айырмашылықты атап өткен жөн: бірдей қос қабатты poly-Si болса да, екі соңғы рекорд оны әртүрлі қолданады. Jinko 26.35% мақаласында (Yangzhou University + Jinko, EES), қос қабатты құрылым УК пикосекундтық лазерлік модификацияны ылғалды оюмен жұптап, артқы металданбаған аймақта сыртқы poly-Si-ді селективті жұқартты — мақсат паразиттік жұтылуды азайту және бифасиалдылықты көтеру. Бұл «оптикалық мәселе». Ningbo 26.66% мақаласы қос қабатты құрылымды күмісті бөгеуге және пассивацияны сақтауға бағыттайды. Бұл «электрлік мәселе». Қос қабатты poly-Si платформа сияқты — әртүрлі топтар онда әртүрлі мәселелерді шешеді, бірақ бағыт бірдей: әр қабат тек бір нәрсе істесін. Ye Jichun командасының TOPCon үшін келесі кезең тиімділік тетіктерінің тізімінде қос қабатты poly-Si құрылымдары мен локализацияланған поликремний (poly finger) алдыңғы қатарда — бұл Nature Energy мақала сол тізімнің бірінші тармағын рекордқа айналдырды.

Әлі де суық су құю керек: бұл рекордтардың бәрі зертханалық жабдықта жасалды, мақалалардың өзі мұны айтады. Зертханадан жаппай өндіріс желісіне дейін өнімділік, цикл уақыты, құн — әр қақпа қайтадан өтуі керек.

Бір кесте түсінікті етеді

Желі бригадасына жеткізетін үш ой

Біріншіден, артқы жақ ауруы мен алдыңғы жақ ауруы екі түрлі параметрде көрінеді. Алдыңғы жақ бұзылғанда, ол әдетте FF (байланыс кедергісі) арқылы көрінеді. Артқы жақ бұзылғанда, ол әдетте Voc (пассивация тесілген) арқылы көрінеді. Voc аномалиясын іздегенде, пассивация процесін тексеруден басқа, күйдіру температурасы мен поли-Si құрылымы да тізімде болуы керек.

Екіншіден, күмістің қаншалықты жүруі құрылыммен анықталады. Күйдіру тек газды басқарады. Күмістің қаншалықты тереңге кетуі — жоғары ағындағы поли-Si құрылым дизайны: бір немесе екі қабатты, жоғары немесе төмен кристалдылық, допинг концентрациясының градиенті. Күйдіру терезесі тек сол жолдағы жылдамдықты басқарады. Егер құрылым қорғаныс сызығын қамтамасыз етпесе, күйдіруді қанша реттесе де оны құтқара алмайды.

Үшіншіден, қабаттау — тренд. Қолдау құрылымын мұқият қадағалаңыз. Поли-Si функционалды қабаттауы, артқы поли саусақтары, AlOx міндеттіден міндеттіге айналуы — бұл эволюциялардың бәрі байланысты. Процесті жоспарлағанда, бір ғана қадамға емес, құрылымның даму бағытына қараңыз.

Сонымен, TOPCon металлизациясындағы нақты тиімділік тұтқасы күмісті "қаттырақ" күйдіру емес, күмістің қайда аяқталуы керектігін білу.

Алдыңғы жақ: дәл кіруге мүмкіндік беріңіз. Артқы жақ: дәл тоқтауға мүмкіндік беріңіз.

Ал келесі қадам — күмістің өзін азайту.

Ooitech көзқарасы

Цехте бізді әрқашан қинайтын бөлік — Voc мәселелері сирек бір ғана тетікке байланысты болады. Артқы Voc қаншама firing терезесін реттесеңіз де қалпына келмесе, бұл әдетте паста емес, құрылым мәселесі — ал bilayer poly-Si негізінен саланың мұны мойындауы. Бұл сандар әлі де зертханалық құралдардан шыққанын есте сақтаңыз, сондықтан нақты өндіріс желісіне көшу кезінде өнімділік пен цикл уақыты шешуші рөл атқарады. Егер сізге ұяшық деңгейіндегі мұндай талдау ұнаса, YouTube арнасы www.youtube.com/ooitech нақты модуль желілерінен қосымша материалдар ұсынады.