N-типті кремнийдің көрінбейтін тиімділік өлтірушісі: оттегі 12 ppma-дан асқанда, жасушалар 0.4%+ жоғалтады

Өнім туралы ақпарат

Бір процесс инженері маған бұл көріністі сипаттады.

Бір күні, бор диффузиясының іріктеу тексеруінен алынған PL кескінде бірнеше пластиналарда айқын концентрлік сақина жолақтарыпайда болды. Оның бірінші инстинкті сол партияның кіріс тексеру деректерін тарту болды: азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығы 1500 мкс жоғары, оттегі тұнбасының сіңірілуі өтуде, микро-ақау тығыздығы спецификация шегінде. Қағаз жүзінде, барлық шамдар жасыл болды.

Ол зертханаға әдеттегі EBIC қайта тексеруіне қоңырау шалды. Ештеңе көрсетілмеді. Артықшылықты ою плюс оптикалық микроскопияға ауыстырды. Әлі де таза.

Бірақ PL картасындағы бұл сақиналар әлі де сол жерде отырды. Олар жоғалмады.

Кіріс тексеруі өтеді, қайта тексеру ештеңе таппайды, ал PL әлі де қараңғы шеңберді көрсетеді. Бұл үш жақты сәйкессіздік - N-типті процесс инженері кездесетін ең көп таралған үнсіз жоғалтулардың бірі.

Оның артындағы қарсылас - осы мақала талдайтын нәрсе: N-типті фотоэлектрлік Чохральский біркристалды кремнийіндегі концентрлік сақина ақаулары (CRD). Бұл N-типті ұяшықтардағы ең бағаланбаған өнімділік өлтірушілердің бірі және ең нашар жағдайда ол 4% абсолюттік ұяшық тиімділігін.

P-Типтен N-Типке Ауысу: Инженерлер Қарсыластарын Ауыстырды

Алдымен бір нәрсені түсіндіріп алайық.

P-типті дәуірде, пластина жағындағы ең үлкен ескі қарсылас бор-оттегі жұбы (BO ақауы) болды: 12 сағат жарықтандыру кезінде B-Cz PERC элементі 3-5% абсолютті жоғалтуы мүмкін (бұл сан Vicari Stefani-дің 2022 жылғы PhD диссертациясында қарастырылған). P-типті поликристалды кремнийде LeTID болды, ол ең нашар жағдайда 16% төмендеуі мүмкін. Бүкіл сала он жылдан астам уақыт бойы PERC процесін түзетуден бастап модуль жағындағы УК-сүзгіш инкапсулянттарға дейін осы жарықтан туындаған жоғалтулармен күресті.

N-типті ауысуда, сала бұл күрес аяқталды деп ойлады. N-типті пластиналар фосформен қоспаланған, сондықтан міндетті B×O жұптасуы жоқ және BO ақауы мүлдем пайда болмайды.

Бірақ адамдар көп ұзамай анықтады: BO жоғалды, ал оттегі тұнбалары (OP) өздігінен пайда болды. Олар бұл жолы одан да жасырын кейіпте болды: концентрлі сақина ақаулары.

Чжэцзян университетінен Ли Гуйсю (Юань Шуай тобының профессоры) бұл туралы 2025 жылы 21-ші CSPV конференциясында баяндады және 2024 жылы Applied Physics Letters журналында тиісті жұмысты жариялады. Олар бірге анық түсіндіреді: концентрлі сақина ақауының мәні - сәл тым кішкентай оттегі тұнбасы. Оның үш қасиеті табиғаты бойынша «көрінбейтін»:

• Төмен электрлік және химиялық белсенділік — бір қарағанда байқайтын оттегі тұнбасы емес

• Терең емес ақау деңгейі (0.42-0.46 эВ, және PDG-ден кейін одан да таяз)

• Табиғи күйінде көрінбейді — өсірілген пластина ештеңе көрсетпейді; ол пайда болу үшін диффузия және күйдіру сияқты жоғары температуралық қадамдарды аяқтау керек

Соңғы нүкте инженерлерді қағып алады: бұл «кешіктірілген әзірлеуші». Оны элемент PL-де көрген кезде, пластина кезеңінің есептері жабылып қойған.

Бұл жау өз қаруын таңдайды — стандартты құрал оған жете алмайды

Концентрлі сақина ақаулары «егер оны өлшей алсаң, ол жау» деген дәстүрлі консенсусты жоққа шығарады.

Концентрлі штрихтары бар бір пластинаға әртүрлі қаруларды нұсқау:

Өндірістік желі тіліне аударғанда, бұл бір сөйлем: бұл жау өз қаруын таңдайды. Стандартты жабдық оны ұстай алмайды. Желіде оны күнделікті анықтайтын жалғыз құрал - PL; зертханада нақты сандық бағалау үшін төмен температуралы EBIC немесе мыс безендіру қажет.

Сондықтан да көптеген инженерлер «деректердің бәрі өтті, бірақ элемент беті әлі де бетіме ұрады» деп сезінеді. Деректер жалған емес. Қолдағы қару дұрыс емес.

Техникалық Параметрлер

12 ppma: N-типті пластина оттегі үшін өмір-өлім сызығы

Концентрлі сақина ақауы оттегі тұнбасы болғандықтан, оның көзі пластина ішіндегі оттегі концентрациясы [Oᵢ] болып табылады.

Ли Гуйсюдің есебі өте анық сызық сызады: [Oᵢ] > 12 ppma жоғары рекомбинациялық белсенділік аймағына (ескі инженерлерге белгілі «қара өзекті пластиналар») енеді; [Oᵢ] < 12 ppma кіші өлшемді OP аймағына енеді, бұл біз бүгін айтып отырған концентрлі сақина.

12 ppma - N-типті пластина оттегі үшін өмір-өлім сызығы (SEMI M6 стандарты бойынша кремний материалдары үшін, шамамен 6×10¹⁷ см⁻³). Өнеркәсіп деректері көрсеткендей, қазіргі негізгі монокристалды пеш технологиясы тек 12.5 ppma шамасына жете алады; төмендету шығымды күрт төмендетеді. Пластина зауыты жете алатын оттегі төменгі шегі концентрлі сақина ақауының іске қосу сызығына дәл келеді. Дәл осы себепті концентрлі сақина ақаулары N-типті дәуірде өте кең таралған.

Ли Гуйсюдің есебі нақты қорытынды береді: ең нашар жағдайда, 12 ppma [Oᵢ] шегінен асатын пластиналар абсолюттік ұяшық тиімділігінің 4% дейін жоғалтуы мүмкін. "Ең нашар жағдай" мұнда экстремалды жағдайды білдіреді: оттегінің 12 ppma-дан асуы + тарту жылдамдығының ауытқуынан вакансиялардың біркелкі таралмауы + бас және құйрық бөліктеріндегі ақаулардың жинақталуы. Бұл орташа мән емес; нақты өндіріс желісінде жиі 0.4-1% шамасындағы жоғалтулар байқалады.

Айта кету керек: Ли Гуйсюдің 2024 жылғы Applied Physics Letters зерттеуі оттегі мөлшері 7×10¹⁷ см⁻³ (~14 ppma) төмен пластиналарда да концентрлік жолақтар әлі де абсолюттік 0.86% тиімділік жоғалтуына әкелуі мүмкін екенін көрсетеді. Бұл 12 ppma шегінен төмен болса да ақау қаупі сақталатынын білдіреді. 12 ppma ұстау – ең төменгі шек, мәре емес.

Абсолюттік 4% өндірістік желіде нені білдіреді? 2026 жылға қарай N-типті ұяшықтардың жаппай өндірісіндегі орташа тиімділіктер деңгейлерге бөлінді: TOPCon 25.6-26.2%, HJT 26.0-26.5%, BC 26.5-26.8%. Қалыпты жұмыс істейтін желіде ауысымдық орташа мәннің ауытқуы ±0.05% абсолюттік шегінде сақталады; партияның орташа мәні 0.1% -дан астам төмендесе, желі тоқтап, тергеу жүргізіліп, сапаны қайта қарау шақырылады. Концентрлік сақина ақауларынан болатын ең нашар жағдайдағы 4% төмендеу бүкіл партияны "негізгі деңгейден" "төмендетілген деңгейге" немесе тіпті "сынық деңгейіне" лақтырумен тең — бүкіл технологиялық бағыттың тиімділік сатысы бұзылады.

Бірақ пластина және ұяшық зауыттары үшін бұл кестедегі нақты ауырсыну электр энергиясын өндіру емес. Төмен тиімді пластиналарды сату мүмкін емес:

• Тұтынушының ең төменгі тиімділік шегінен төмен болу дереу өлі қорға айналады: негізгі тұтынушылар әдетте N-типті ұяшықтардың ең төменгі шегін 25.4% жоғары деңгейде белгілейді (кейбір ірі тұтынушылар одан да жоғары белгілейді). Егер партияның орташа көрсеткіші 25%-дан төмен түссе, тұтынушы оны қабылдамайды және оны тек ішкі тұтынуға немесе жоюға болады

• Төмендетілген сату маржаны бин бағасының айырмасы арқылы тікелей жейді: әрбір төменгі бин бағаны ватт үшін бірнеше центтен он центке дейін төмендетеді; жүздеген МВт партиясында бұл айырма миллионнан ондаған миллионға дейін жалпы пайданың булануына әкелуі мүмкін

• Үлгі алуда табылған концентрлік штрихтар толық партияны қайта бақылауға және қайтару қаупіне әкеледі: тұтынушы жағындағы EL/PL қайта тексерулер оны анықтағаннан кейін, жауапкершілік тізбегі вафли зауытына дейін барады

Инженер шынымен бақылайтын кітап - бұл "электр станциясы қанша аз қуат өндіреді" емес, "тұтынушы бұл партияны қабылдай ма".

Неліктен бұл мәселе N-тип дәуірінде кенеттен нашарлады

Дәл осындай мәселе P-тип дәуірінде де болды, бірақ онша қиындық тудырмады. N-тип дәуірінде оны күшейтетін үш себеп бар.

Бірінші себеп: термиялық бюджет өзгерді.

N-тип ұяшықтарының термиялық терезелері P-типтен мүлдем өзгеше жүйе. P-тип PERC фосфор диффузиясының шыңы 800-850°C — жоғары емес, бірақ ұзақ жоғары температуралық күйдірумен бірге ол кішігірім ақауларды ішінара жөндей алады. N-TOPCon бағытында бор диффузиясының шыңдары 1000-1050°C-қа дейін көтеріледі — жоғары температура, бірақ ұстау уақыттары мен атмосфералары мүлдем басқа, бұл жасырын оттегіге байланысты ақауларды оңай "белсендіреді". HJT одан да экстремалды: бүкіл процесс төмен температурада (шамамен 200°C), бұл "ақауларды жою үшін жоғары температуралы күйдіру" өңдеуден кейінгі терезені жоғалтады. Вафли жағында жасырын ақау болса, ұяшық жағы оны сақтап қалуға дерлік дәрменсіз.

Екінші себеп: үлкенірек тигельдер, оттегінің нашар енуі.

300мм үлкен диаметрлі Cz + үлкенірек тигельдер + ұзағырақ тарту циклдары кварц тигельден еритін жалпы оттегінің экспоненциалды түрде өсуіне әкеледі. ITRPV жол картасында N-тип вафли [Oᵢ] мақсатты сызығы жыл сайын қатайтылады.

Үшінші себеп: төмен ластану "ескі қарулардың" істен шығуына әкеледі.

Оттегі тұнбасының проблемалары бұрын көбінесе металл ластануы рекомбинация белсенділігін күшейткендіктен өршіген. Ву Руокай және т.б. 2025 жылғы мақаласы Solar Energy Materials and Solar Cells журналында (DOI: 10.1016/j.solmat.2025.113739) мұны EBIC көмегімен сандық түрде анықтады:

• Табиғи оттегі тұнбасы (ластанусыз) → EBIC контрасты ≈2% (дерлік "көрінбейтін")

• Темірмен ластанғаннан кейінгі оттегі тұнбасы → EBIC контрасты ≈12% (рекомбинациялық белсенділік 6 есе)

Соңғы жылдары металл ластану деңгейі күрт төмендеді, бұл оттегі тұнбаларын одан да "көрінбейтін" етті. Тәжірибелі инженерлер PL-де байқайтын қара өзекті пластиналар жоғалып, олардың орнын анықтау үшін арнайы құралдарды қажет ететін концентрлік сақиналар басты. Бұл "металл ластану кітабы" мен "оттегі кітабы" арасындағы сәйкессіздік.

Ескерту: "ластанудың төмендеуі оттегі тұнбаларын көрінбейтін етеді" деген "ластану көп болса жақсы" дегенді білдірмейді. Темір енгеннен кейін оттегі тұнбасының рекомбинациялық белсенділігі 6 есе артып, жалпы зиянды көбейтеді. Ластануды азайту дұрыс бағыт; бұл "таза оттегі тұнбасы" қауіптерін ескі әдістермен анықтауды қиындатады. Сондықтан ластануды бақылау да, оттегін бақылау да қажет және олар бірін-бірі алмастыра алмайды.

Техникалық артықшылықтар

Механизм аудармасы: Тарту жылдамдығындағы бір тербеліс – бір сақиналы жолақ

Ли Гуйсюдің баяндамасының ең талғампаз бөлігі концентрлік сақина механизмін нақты түсіндіреді.

Өндірістік желі тілінде: концентрлік сақина оттегінің көптігінен емес, вакансиялардың [V] радиалды таралуының біркелкі еместігінен пайда болады.

Ли Гуйсюдің баяндамасы CGSim модельдеу деректерін пайдаланып, тұрақты тарту жылдамдығында кремний құймасындағы вакансиялардың радиалды концентрациясы табиғи түрде "ортасы жоғары, шеті төмен" болатынын және бір реттік шамадан асып түсетінін көрсетеді. FTIR өлшемдері [Oᵢ] радиалды таралуының өзі біркелкі екенін растайды (ортасы 6.0×10¹⁷ см⁻³, шеті 5.1×10¹⁷ см⁻³). Сондықтан "сақинаны" оттегі емес, вакансиялар сызады.

Оттегі тұнбасының ядролануы "орташа [V]" қажет етеді: тым төмен болса ядроланбайды, тым жоғары болса тікелей бос орындар пайда болады. Тарту кезінде жылдамдық ауытқығанда, радиалды [V] таралуы да ауытқиды, ал ОТ ядролану орны радиус бойымен жылжиды — осылайша жолақ сақинасы "сызылады".

Бір жол: тұрақты тарту жылдамдығы – ақаулар шоғыры; тұрақсыз тарту жылдамдығы – ақаулар сақинасы.

Көптеген желі инженерлері концентрлік сақина «шетінде оттегі көп» дегенді білдіреді деп қателесіп, ыстық аймақтың оттегі жолын өзгертеді — бұл қате бағыт. «Сақина» оттегі концентрациясының біркелкі еместігінен емес, вакансия флуктуациясынан пайда болады.

Өнімді қолдану

Қорғаныстың үш желісі: Өндірістік желі бұл шайқасты қалай жүргізеді

Механизм ашылғаннан кейін, инженерлерді ең көп қызықтыратын бөлік: бұған қалай қарсы тұру керек? Инвестиция көлемі бойынша үлкеннен кішіге, желіден алыстан жақынға қарай реттелген концентрлік сақина ақауларының үш қорғаныс желісі.

Бірінші желі: оттегі көзін азайту (кристал өсірудегі ең қатаң шара)

Негізгі әрекет: [Oᵢ] мәнін 12 ppma-дан төмен түсіру.

Ли Гуйсюдің ең күшті дәлелі — MCz (магниттік Чохральский) өлшенген деректері: [Oᵢ] бақылауда 4 ppma (~2×10¹⁷ см⁻³), өсірілген пластина да, 750°C/16 сағ + 1000°C/8-16 сағ күйдірілген пластина да радиалды [Oᵢ] бойынша толық біркелкілік көрсетеді, және концентрлік сақина ақауы жоғалады.

Шығын да айқын: MCz магнит өрісі жүйесін қажет етеді, бұл құйма өндіру құнын арттырады. Бұл қорғаныс жоғары сапалы N-типті өнімдердегі үздік пластина өндірушілеріне жарайды; әрбір желі оны көтере алмайды.

Екінші желі: процесті тұрақтандыру (кристал өсірудегі күнделікті жұмыс)

MCz болмаса да, істеуге болатын көп нәрсе бар:

• Тарту жылдамдығының флуктуациясын бақылау — кілт «тұрақты», «жылдам» емес. [V] флуктуациясына жол бермеу үшін тарту тиімділігін аздап құрбан еткен дұрыс

• Азотпен қоспаланған тарту — Jinko компаниясының Ван Пэнфэй 2026 есебінен алынған өлшенген деректер: кіші тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығы 7%-ға, элемент тиімділігі 0.01%-ға артады. Азот молекулалары артық вакансияларды байланыстырып, бос орындар мен оттегі тұнбаларының пайда болуын басады, ал кейінгі жоғары температуралық қадамдар азотты қайта босатады

• 850-650°C аралығында тұру уақытын қысқарту — құйманы салқындату кезінде оттегі вакансиялардың көмегімен тезірек агрегатталады; бұл температура аралығы «ақау инкубаторы» болып табылады, сондықтан одан мүмкіндігінше тез өту керек

Үшінші желі: кіріс пластиналарды скринингтеу (ұяшық зауытының соңғы қақпасы)

Кіріс пластиналарды қалай скринингтеу керек? Ван Пэнфэй екі қатаң көрсеткіш береді:

• Микроақау тығыздығы < 40 дана/мм²

• Оттегі тұнбасының жұтылуы < 0.5 (FTIR жұтылу шыңы 1230 см⁻¹)

HJT процестері үшін тағы екі қосыңыз:

• PL бейнелеу арқылы "спираль тәрізді қараңғы аймақтарды" анықтау — пластина жағындағы концентрлік сақина ақауының жалғыз көрінетін дәлелі

• Бір сатылы фосфор алдын ала геттерлеу (PDG) орнына екі сатылыны таңдаңыз — Wu Ruokai мақаласы PDG-ден кейін де ақаулы пластинаның ПӘК-і әлі де 0.4% абсолютті стандартты пластиналардан төмен екенін растайды (ақаулы 24.68% қарсы стандартты 25.08%, зертханалық деректер). Бұл шағын аумақты зертханалық ұяшық деректері болса да, шамасы нұсқау ретінде қызмет етеді: 0.4% абсолютті массалық желіде бүкіл партияның екі сортқа төмендеуін білдіреді, өнім сорттарының таралуын бұзып, тапсырысты жеткізу проблемаларын тудырады — бұл "қанша қуат" кітабынан әлдеқайда ауыр шығын

Егер ұяшық процесі мүмкіндік берсе, бор диффузиясына дейін "ақауларды жою" шынықтыруын енгізу (1100°C жылдам қыздыру, 10-30 минут ұстау, жылдам салқындату) Wang Pengfei есебі бойынша PL жарықтығын шамамен 1000-ға арттырады, ұяшық өнімділігінің 0.02-0.03% өсуімен. Бұл қолданыстағы желіге енгізуге болатын ең кіші өзгеріс.

Есеп пен мақалалар айтпайтын үш нәрсе

Техникалық талдауды аяқтау үшін мақалалардың шекараларын да нақтылау керек.

Біріншіден, "4% тиімділікті жоғалту" - бұл сызықтан өткеннен кейінгі ең нашар жағдай. 12 ppma - ескерту сызығы, "оны кесіп өтсеңіз, міндетті түрде 4% жоғалтасыз" дегенді білдірмейді. Оттегі бұл сызықтан асқаннан кейін, егер вакансия ауытқуы қосылса, шығын 0-ден 4% абсолютті аралығында өзгереді; 4% - бұл төбе, ал Wu Ruokai мақаласы ақаулы және стандартты пластиналар арасындағы нақты қалдық 0.4% абсолютті екенін көрсетеді. Үш дерек қабаты келесідей байланысты: 4% - сызықтан өту + вакансия ауытқуы + бас-құйрық қабаттасуының экстремалды төбесі; 0.86% - оттегі 12 ppma-дан сәл жоғары болғандағы зертханалық өлшем (Li Guixiu APL 2024); 0.4% - PDG-ден кейінгі қалдық (Wu Ruokai 2025). Сызықтан ұзақ уақыт асып, неғұрлым көп қабаттассаңыз, сол 4% төбеге жақындайсыз. 12 ppma "жоғары рекомбинациялық белсенділік аймағына кірмеңіз" деген төменгі сызықты ұстайды.

Екіншіден, MCz шығын кітабы егжей-тегжейлі емес. Академиялық есептер «мұны істеуге бола ма» дегенді шешеді; инженерлер әлі де «бұл тұрарлық па» деп есептеуі керек. MCz қандай масштабта өзін-өзі ақтайды? Бұл N-типті ұяшықтың премиум бөлмесіне байланысты — қазіргі уақытта HJT жоғары деңгейлі өнім желілері оны қолдауы мүмкін, стандартты N-TOPCon әлі де қиналады.

Үшіншіден, азотты легирлеу мен HJT-дің байланысы әдебиетте аз қамтылған. Азот HJT процесінде сутегімен әрекеттесе ме? Қолданыстағы әдебиет негізінен N-TOPCon бағытында растайды; HJT бағыты бойынша деректер әлі де жеткіліксіз.

Бір жолды қорытынды

P-типті дәуір «BO жұбынан құтылу» туралы болды; N-типті дәуір «оттегі тұнбаларын бекіту» туралы. Қарсылас кейіпін өзгертті, сондықтан инженердің қаруы да өзгеруі керек — PL бейнелеу орнын бақылайды, төмен температуралы EBIC сандық анықтайды, [Oᵢ] < 12 ppma өлім сызығын ұстайды, тарту жылдамдығы тұрақты, екі сатылы PDG оны қолдайды.

Көрінбейтін өлтіруші қорқынышты емес. Қорқыныштысы — оған қарсы стандартты қарумен келу.

Ooitech көзқарасы

Мұнда мені таң қалдыратыны — N-типті желінің тағдыры жоғары ағында, кристалды өсіру кезінде, ұяшық жабдығы пластинаны көргенге дейін шешіледі. Тарту жылдамдығының құбылуынан пайда болған концентрлік сақинаны төменгі ағында толығымен жою мүмкін емес, сондықтан ұяшық желісі өзі жасамаған мәселені мұра етеді. Біздің модуль өндіріс желілерінде біз мұның кері жағын көреміз — жақсы пластиналар процесс ауытқуынан босқа кетеді, немесе шекті пластиналар қатаң скринингпен сақталады — сондықтан PL бейнелеу тәртібі модуль жағында да, кіріс тексеруіндегідей маңызды. Мұның нақты автоматтандырылған желіде қалай жүретінін көргіңіз келсе, біздің YouTube арнамыз www.youtube.com/ooitech көптеген зауыттық кадрларды ұсынады. Түйіндеме: 12 ppma ұстаңыз, тартуды тұрақты ұстаңыз және PL-ге қағаздардан гөрі сеніңіз.

Әдебиеттер

Ли Гуйсю (Чжэцзян университеті). N-типті фотоэлектрлік Чохральский монокристалды кремнийдегі концентрлік сақина ақаулары. 21-ші CSPV, 2025-11-27

Li G, Yuan S, Zhou S, et al. Separated striations in n-type Czochralski silicon solar cells. Applied Physics Letters, 2024, 125(25)

Ван Пэнфэй (Jinko Solar). PV монокристалды кремний сапасын сипаттау және ақауларды басу. 2026

R. Wu, et al. Effect of phosphorus diffusion pre-gettering on electrical properties of oxygen-related defects in n-type crystalline silicon heterojunction cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 290 (2025) 113739. DOI: 10.1016/j.solmat.2025.113739

B. Vicari Stefani. p-типті кремний пластиналары мен күн батареяларындағы көлемдік ақауларды зерттеу (PhD диссертациясы), 2022