TOPCon элементтеріндегі тесіктер: 26.55% тиімділікке таңғаларлық жол
Мазмұны
Шолу
Міне, кремний фотоэлектрикасындағы бұрыннан қалыптасқан болжамды өзгертетін нәрсе. Зерттеушілер TOPCon элементінің SiOx қабатындағы белгілі бір "тесіктерді" әдейі қалдыру тиімділікті төмендетудің орнына 26.55%-ға дейін көтере алатынын анықтады.
Негізгі қорытынды: туннельдік оксидтегі тесіктер екі топқа бөлінеді. Бірі - рекомбинациялық тип (оттегі тапшы, поли-Si тікелей c-Si-мен жанасады, жаман), екіншісі - пассивацияланатын тип (қалдық оттегі сақталады, ілулі байланыстарды пассивациялайды, сонымен бірге туннельдеуге мүмкіндік береді, жақсы). Пассивацияланатын типтің көлденең қимасы шамамен 1.6 ± 0.2 нм × 1.4 ± 0.3 нм, аудандық тығыздығы 2 × 10¹² см⁻². Фишер моделі құрылғы өнімділігін тесік геометриясы емес, тесіктің пассивацияланғаны анықтайтынын көрсетті.
Сілтеме: Үлкен ауданды және жоғары тиімді кремний күн элементтері үшін туннельдік оксид пассивацияланған контактідегі тесіктерді пассивациялау, Nat Commun 17, 2490 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70511-2
Зерттеу аясы және тұрақты мәселе
TOPCon қазір n-типті кремний үшін негізгі технология болып табылады. Runergy 335 см² ауданда 26.55% жетті, Jinko TOPCon-ды перовскитпен біріктіріп 33.24% көрсетті, ал бір жақты n-TOPCon теориялық шегі 27.79%. Бірақ ешкім SiOx интерфейстік қабатындағы тесіктердің нақты рөлін анықтай алмады.
Дәстүрлі көзқарас: тесік поли-Si тікелей c-Si-ге енеді, оттегі пассивациясы сәтсіз, жаман жаңалық.
Шындық күрделірек. Оксид тым қалың (>1.7 нм) жақсы пассивациялайды, бірақ нашар туннельдейді, сондықтан FF төмендейді. Оксид тым жұқа (<1.3 нм) көп тесіктерді білдіреді, енді сіз Voc-тың төмендеуіне алаңдайсыз.
Авторлар оксид қалыңдығы мен оттегінің таралуын үш жағдайға бөлді (Кіріспе бөлімі):
1-жағдай: қалың оксид, пассивация жақсы, туннельдеу оңтайлы емес
2-жағдай: жұқа оксид және оттегінің жетіспеушілігі, рекомбинациялық тесіктер (классикалық «жаман тесік»)
3-жағдай: жұқа оксид, бірақ оттегі әлі де тесікке енеді, пассивациялық тесіктер (мұндағы жаңа табыс)
Бұған дейін HR-TEM ажыратымдылығы 2 нм-ден төмен бөлшектерді көруге жеткіліксіз еді. Әдебиеттерде тесік диаметрлері 5 нм-ден 200 нм-ге дейін және тығыздығы 10⁶-дан 10⁸ см⁻²-ге дейін хабарланды, бұлардың бәрі «үлкен тесіктер» еді. Селективті ою және c-AFM Si мен SiOx арасындағы ою жылдамдығының айырмашылығына сүйенеді, сондықтан қалдық оттегі бар аймақтар жай ашылмайды. Пассивациялық тесіктер бұл әдістермен табиғи түрде жойылды. Сондықтан 3-жағдай ұзақ уақыт бойы байқалмады.
Механизм: Тесіктердің екі түрі (2-сурет)
Аберрациямен түзетілген HAADF-STEM (JEM ARM200F және Spectra 300, 200/300 кВ) поли-Si/SiOx/c-Si интерфейсін жоғары тиімді пластинада (25.40%) және төмен тиімді бақылауда (24.07%) сканерледі.
| Түрі | Оттегі күйі | Өлшемі (жоғары/төмен тиімділік) | EELS O-K шеті |
|---|---|---|---|
| Рекомбинация | Оттегі таусылған, поли/c-Si торы тікелей қосылған | Төмен тиімді пластина ~1.37 × 1.35 нм | Терең оттегі алқабы |
| Пассивациялаушы | Қалдық оттегі бар, бос байланыстар пассивацияланған | Жоғары тиімді пластина 1.55 × 1.25 нм | Оттегі сигналы әлі көрінеді, таяз оттегі алқабы |
Негізгі нүкте: жоғары тиімді пластинадағы тесіктер іс жүзінде кішірекжәне оттегін жақсы сақтайды. Барлық өлшемдер бұрынғы әдебиеттерде хабарланғаннан бір реттік шамаға кіші.
Фишер нүктелік контакт моделінің нәтижелері (түпнұсқадағы 3d-сурет):
Тесік ауданының үлесі f = πr²/P², бірақ J₀ f-ке сезімтал емес. Шын мәнінде басым болатын - тесіктегі беттік рекомбинация жылдамдығы S.
f ≈ 0.1 шамасында, S ≳ 10³ см/с болғанда, J₀ күрт көтеріледі және S > 10⁵ см/с жоғарыда қанығады.
Мағынасы: жоғары өнімділіктің кілті «нөлдік тесіктер» емес, «пассивацияланған тесіктер». Бұл бүкіл мақаланың ең үлкен ерекшелігі.
Тығыздық бойынша бұл аздап революция. 40 пластина (жоғары және төмен тиімділік) бойынша X-Y ортогональды кесу статистикасы пассивациялаушы үшін 2 × 10¹² см⁻² және рекомбинациялық тесіктер үшін 3 × 10¹² см⁻² берді, бұл әдебиет мәндерінен 4-6 рет жоғары.
Үш себеп жинақталады: біріншіден, тұжырымдама өзгерді, сондықтан бұрын жойылған пассивациялаушы наноақаулар көрінетін болды; екіншіден, үлгілер 25%-дан жоғары өнеркәсіптік оңтайландырылған пластиналар, сынақ құрылымдары емес; үшіншіден, әдіс атомдық деңгейдегі HAADF, ал жанама тәсілдер 2 нм-ден кіші оттегі бар аймақты көре алмайды. 50-150 нм қалыңдықтағы TEM үлгілерінің сәуле бағыты бойынша қабаттасудан қорғау үшін авторлар қалыңдық бағыты бойынша 4D-STEM птомографиясын қолданды, бұл тығыздық статистикасының проекциялық қабаттасудан бұрмаланбағанын растайды.
Процесс қону нүктесі: Екі сатылы тотығу плюс артқы жылтырату плюс поли үштік байланысы
Бастапқы әдістерден және SI (Қосымша 1-кесте) айнымалылары:
Екі сатылы тотығу: алдымен O₂ тотығуы жұқа SiO₂-ге, содан кейін оттегі тапшы саты (оттегі берілмейді). Пассивациялаушы түрі ұзағырақ оттегі ағыны уақытын, жоғары температураны, үлкен ағынды және жоғары қысымды қажет етеді, бұл біркелкі, тығыз оксидке ықпал етеді.
POCl₃ диффузиясы: төменірек тұндыру температурасы және қысқа уақыт поли кристалдануын жақсартады және рекомбинациялық тесіктерді басады.
Артқы жылтырату морфологиясы оксид қалыңдығының біркелкілігінің жоғарғы ағынында орналасқан. Үшеуі де 3-жағдайды тұрақты шығару үшін бірге реттелуі керек.
Өнімділікті салыстыру (4-сурет, нақты деректер)
Симметриялық екі жақты поли-Si/SiOx үлгілері (n-Si 1–3 Ом·см, екі жақты жылтыратылған):
τeff: 8.9 мс жоғары тиімділікке қарсы 2.96 мс бақылау (инъекция 5×10¹⁵ см⁻³)
J₀: 2.6 қарсы 10.6 fA/см²
ΔVoc 15.9 мВ өлшенді, бірақ J₀ айырмашылығы тек ~11 мВ түсіндіреді. Қалған ~5 мВ авторлар жақсартылған көлемдік SRH өмір сүру уақытына байланыстырады. Оңтайландырылған күйдіру пассивациялаушы тесіктерді жасаумен қатар, металл қоспаларын да кетіреді (Krügenerдің 25% POLO жұмысына сілтеме). Интерфейсті де, көлемді де бірге түзету 25%-дан асудың рецепті болып табылады.
FF үшін айырмашылық негізінен Rs-тен келеді:
Rs: 357 (жоғары тиімділік) қарсы 619 мОм·см² (бақылау), Suns-Voc өлшенген
ρc (TLM): 4.6 қарсы 5.4 мОм·см²
Парадоксалды нүкте: «тығыз тесіктер ρc төмендетеді» логикасы бойынша, жоғары тиімді пластинадағы көбірек пассивациялаушы тесіктер ρc төмендетуі керек, және шынымен 4.6 < 5.4. Бірақ авторлар бір бұрылыс қосады. Рекомбинациялық тесіктердің жанында фосфор пластинаға диффузияланады, ал пассивациялаушы тесіктер оттегімен бөгеледі (Қосымша сурет 10-дағы EDS допинг профилі). Сондықтан допинг профилі мен контакт кедергісі екі түрлі логикаға бағынады және оларды тек тесік тығыздығымен түсіндіру мүмкін емес.
PL бүкіл пластина бойынша біркелкі болды, және Voc таралуының Corescan картасы үлкен аумақты біркелкілік үшін де орындалды.
Өнеркәсіп үшін бір жол
Бұл мақала TOPCon интерфейсін екілік «бүтін оксид vs тесік ағысы» әңгімесінен үштікке айналдырады: «тесіктер де жақсы болуы мүмкін, егер оттегі әлі де болса». Өнеркәсіптің келесі қадамы нөлдік тесіктерге әуестену емес, артқы жылтыратуды тотығудан поликремний шөгіндісіне дейінгі тізбекті тесіктер оттегі тасымалдайтындай етіп баптау. Daheng компаниясының 333.3 см²-де 25.40% тиімділіктегі пластинасы бұл жолдың жұмыс істейтінін дәлелдеді.
Ooitech көзқарасы
Мұнда бізді таң қалдыратыны, мұның көп бөлігі жасуша дизайнына емес, процесс тізбегіне байланысты. Екі сатылы тотығу, POCl₃ баптау және артқы жылтырату бірге қозғалуы керек - бұл желі бөлшектеп жиналғанда жоғалатын байланыс түрі. Модуль жағында біз дәл осы үлгіні көреміз, мұнда ламинация және стрингілеу төзімділіктері жақсы жасушаның Voc сақталуын шешеді. Егер сіз осы интерфейске сезімтал процестердің нақты өндіріс алаңына қалай ауысатынын жақынырақ көргіңіз келсе, YouTube-тегі біздің зауыт экскурсияларымыз (www.youtube.com/ooitech) жазылуға тұрарлық.
