SiNx тым жұқа және күміс паста поли қабатын тесіп өтеді, тым қалың болса контакт кедергісі 600 есеге артады: ISFH шешімді көрсетеді
Өнім туралы ақпарат
TOPCon процесінің желісін басқаратын кез келген адам бұл қиындыққа тап болды. SiNx тым жұқа жағылса, күміс паста пассивация қабатын күйдіріп, Voc төмендетеді деп қорқасыз. Тым қалың жағылса, контакт кедергісі көтеріліп, FF ұстай алмайды. Жұқасы қорқытады, қалыңы да қорқытады — сонда «дұрыс» қанша?
2022 жылы Min Byungsul командасы ISFH (Германиядағы Хамелин күн энергиясын зерттеу институты) AIP конференция материалдарында осы мәселені талдаған зерттеу жариялады. Олар POLO пассивациялайтын контактілер — өнеркәсіпте TOPCon деп аталатын, негізінен ультра жұқа оксид пен допирленген поликремний poly-Si/SiOx құрылымы — нақты не болып жатқанын оқшаулау үшін.
Негізгі қорытынды күрделі емес: SiNx қалыңдығы мен күйдіру температурасы — үйлесімді жұп. Қалыңдықты өзгертсеңіз, температураны реттеу керек. Біреуін екіншісінсіз жылжытсаңыз, Voc төмендейді немесе FF құлайды.
Техникалық Параметрлер
Эксперимент қалай құрылды
ISFH p-типті CZ пластиналарынпайдаланды, n⁺ POLO контактісімен элементтің артқы жағында (туннельдік оксид плюс фосформен допирленген поликремний).
Екі негізгі айнымалы:
Артқы SiNx қаптамасының қалыңдығы — 40 нм-ден 80 нм-ге дейін
Ең жоғары күйдіру температурасы — 790°C пен 810°C аралығында реттелді
Содан кейін олар екі нәрсені өлшеді: контактілік кедергі ρc (TLM арқылы) және жасушаның IV параметрлері.
Бұған дейін біз 2016 жылғы JA Solar мақаласын қарастырдық, онда химиялық құрамы (Si/N қатынасы) алдыңғы жағындағы SiNx антишағылыстыру қабықшасының күміс пастамен жанасуына әсері туралы. Бұл 2022 жылғы ISFH жұмысы физикалық қалыңдығының артқы жағындағы SiNx қаптамасының күміс пастамен жанасуына әсері туралы. Осы екеуін біріктірсеңіз, екі өлшемді де қамтисыз — «химиялық құрам» және «физикалық қалыңдық», алдыңғы және артқы қабықшалар.
Барлық үлгілер 800°C температурада күйдірілді, тек артқы SiNx қалыңдығы өзгертілді
| SiNx қалыңдығы | Орташа ρc (800°C) | Статус |
|---|---|---|
| 40 нм | ~1 мОм·см² | Өте төмен |
| 50 нм | ~1.5 мОм·см² | Көтеріле бастады |
| 60 нм | ~7 мОм·см² | Айқын көтерілуде |
| 70 нм | ~30-40 мОм·см² | Өтпелі аймақ, күрт өсу |
| 80 нм | ~600 мОм·см² | 40 нм-ден 600 есе дерлік жоғары |
55 нм және 60 нм үлгілерінде күйдіру температурасын сканерлеу
| Шарт | Орташа ρc |
|---|---|
| 55 нм SiNx + 800°C | 3.2 мОм·см² |
| 60 нм SiNx + 805°C | 2.8 мОм·см² |
| 60 нм SiNx + 810°C | 2.0 мОм·см² |
Техникалық артықшылықтар
Бірінші тұжырым: тым қалың болса, паста жарып өте алмайды
Барлық үлгілер 800°C шыңында күйдірілді, тек артқы SiNx қаптамасының қалыңдығы өзгертілді. Жоғарыдағы кестеден заңдылық анық көрінеді — күйдіру кезінде пастаның жарып өтуі мүмкін SiNx мөлшері шектеулі. Осы шектен асқанда, паста төмендегі поликремнийге жетпейді, сондықтан жанасу кедергісі күрт артады.
SEM суреттері тікелей дәлел береді:
40 нм SiNx: паста толығымен SiNx және поликремний арқылы күйіп өтіп, көптеген микрондық ойықтар қалдырды. Поликремний толығымен жойылды — жақсы контакт, бірақ пассивация қабаты зақымданды.
80nm SiNx: тек өте аз мөлшердегі ұсақ ойықтар, поли толығымен жойылған аймақтар жоқ — пассивация сақталды, бірақ контакт кедергісі 600 есе дерлік жоғары (шамамен 2,8 реттік шама), ал FF толығымен бұзылды.
ISFH қорытындысы анық: оңтайлы SiNx терезесі бар — 50 мен 60nm аралығында. Тым жұқа болса, паста пассивацияны тесіп өтіп, Voc төмендейді. Тым қалың болса, паста өте алмайды және контакт кедергісі көтеріледі.
Екінші тұжырым: қалыңдық пен температура жұптасқан
ISFH «50-60nm ең жақсы» деп тоқтап қалмады. Олар практикалық цех сұрағын қойды: егер SiNx қалыңдығы өзгерсе, күйдіру температурасы да өзгеруі керек пе?
Олар 55nm және 60 нм топтарын алып, 790°C-тан 810°C-қа дейін.
температуралық сканерлеу жүргізді. Нәтиже өте анық:
55nm SiNx: FF ең жоғары мәні 800°Cкезінде, ең жақсы тиімділік сонда. Төменірек болса, контакт жеткіліксіз; жоғарырақ болса, пассивация нашарлай бастайды.
60nm SiNx: FF ең жоғары мәні 805-810°C. SiNx қалыңырақ болғандықтан, пастаның күйіп өтуі үшін жоғары температура қажет.
Қарапайым тілмен айтқанда: осы сынақ жағдайында 55nm-ден 60nm-ге өту оңтайлы күйдіру температурасын шамамен 5-10°C-қа жоғарылатады. Бұл көлбеу тек бірдей паста жүйесі үшін анықтама — пастаны ауыстырсаңыз, қайта калибрлеу қажет.
Контактілі кедергі деректері де мұны растайды: жоғары температура, жақсы контакт — пассивацияны күйдіріп жіберетін сызықтан аспасаңыз.
Механизм: ойық мөлшері — кілт
ISFH SEM көмегімен өте айқын критерийді ұсынды:
Диаметрі 1μm-ден үлкен ойықтар: поли толығымен жойылған, пассивация зақымданған → Voc төмендейді
Диаметрі 1μm-ден кіші ойықтар: поли толығымен жойылмаған, пассивация бүтін → контакт кедергісі төмендейді, Voc өзгермейді
ISFH тікелей айтты: "жақсы контакт қалыптастыру үшін белгілі бір мөлшердегі ұсақ ойықтар қажет. Диаметрі 1 мкм-ден кем ойықтар пассивация сапасына әсер етпейді."
Сызық критерийі: ойықтар аз болғаны жақсы емес, көп болғаны да жақсы емес — мақсат - кіші өлшем, орташа таралу. Егер микроскоп астында көптеген >1 мкм ойықтарды көрсеңіз, температура тым жоғары немесе SiNx тым жұқа, пассивация бұзылып жатыр.
Өнімді қолдану
Өндірістік желі не пайдалана алады?
1. SiNx қалыңдығы жұқа болғаны жақсы емес, қалың болғаны да жақсы емес. 40 нм-ден төмен болса, паста пассивацияны күйдіріп, Voc төмендейді; 80 нм-ден жоғары болса, паста күйіп өте алмайды және контакт кедергісі 600 есеге жуық өседі.
2. Қалыңдық пен температура жұптасады. SiNx қалыңдығын өзгертсеңіз, күйдіру температурасы да өзгеруі керек. ISFH деректері анықтама береді — осы шарттарда SiNx-тің әрбір қосымша 5 нм-і шың температурасын шамамен 5-10°C жоғарылатады — бірақ пастаны ауыстырғаннан кейін қайта калибрлеу керек.
3. Ойықтар "терезе" көрсеткіші болып табылады. Ойықтардың өлшемі мен тығыздығын SEM арқылы қарап, ағымдағы қалыңдық-температура комбинациясы терезе ішінде ме екенін анықтауға болады. Көптеген >1 мкм ойықтар → тым ыстық немесе пленка тым жұқа; ойықтар жоқтың қасы → тым суық немесе пленка тым қалың, контакт проблема болуы мүмкін.
4. Артқы пленка қалыңдығы сонымен қатар косметикалық шығымды және паста таңдауын басқарады. Жоғарыдағы үш тармақтың бәрі қалыңдықтың пастаның күйіп өтуі арқылы контакт кедергісі мен FF-ге қалай әсер ететіні туралы. Бірақ желіде артқы SiNx қалыңдығы электрлік өнімділіктен әлдеқайда көп нәрсені басқарады.
Нақты жаппай өндірісте артқы SiNx әдетте 70-85 нм диапазонында бақыланады — бұл ISFH мақаласындағы 50-60 нм "контакт оптимумынан" қалыңырақ. Себебі қарапайым: мақала өзінің нақты POLO құрылымы мен белгілі бір паста үшін таза контакт оптимумын өлшеді, ал өндірістік желі бір уақытта пассивацияны, контактіні және түс біркелкілігін теңестіруі керек, сондықтан қалыңырақ, тұрақтырақ диапазонды таңдайды. Маңыздысы, коммерциялық желі пасталары ISFH зертханалық пастасынан басқа шыны-фрит жүйесін қолданады, сондықтан күйдіруге болатын SiNx қалыңдық терезесі де әртүрлі.
Қалыңдықты өзгерткенде сыну көрсеткіші өзгереді, ал пленканың интерференциялық түсі де өзгереді. Тым жұқа немесе тым қалың болса, пластиналар түс өзгерісі, түссіздену және ұқсас косметикалық ақаулар пайда болады, бұл косметикалық шығымды тікелей төмендетеді. Бұл өз кезегінде паста өндірушіге қатаң талап қояды: паста артқы пленканың технологиялық терезесіне сәйкес келуі керек, not force the back film to accommodate one particular paste. Thickness and temperature must pair, and paste and film thickness must pair too — the line is a system, not a single-point tweak.
Мақала айтпаған үш нәрсе
POLO мен TOPCon арасындағы байланыс. ISFH қолданған POLO контактісі негізінен ультра жұқа оксид пен допирленген поликремний (poly-Si/SiOx) болып табылады, бұл бүгінгі TOPCon артқы құрылымымен бірдей, сондықтан қорытындылар тікелей ауысады. POLO - ISFH ұсынған академиялық атау; TOPCon - салалық стандартты термин; мәні бірдей құрылым.
Паста үлгісі ену тереңдігіне әсер етеді. Әртүрлі пасталардың шыны-фрит құрамы әртүрлі және әртүрлі SiNx қалыңдықтарын күйдіре алады. ISFH 50-60nm мәні бір нақты пастаға негізделген — пастаны ауыстырсаңыз, қайта калибрлеу қажет болуы мүмкін.
Ұзақ мерзімді сенімділік қамтылмаған. Кішкентай ойықтар 25 жылдық сыртқы қартаю кезінде үлкен ойықтарға айнала ма? Интерфейс ылғалды жылуда одан әрі нашарлай ма? Мақала бұған жауап бермейді.
Оны JA Solar 2016-мен бірге оқу
| Өлшем | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| Қолдану | Алдыңғы SiNx шағылысуға қарсы пленка (ARC) | Артқы SiNx қаптама қабаты |
| Назар | SiNx химиялық құрамы (Si/N қатынасы) | SiNx физикалық қалыңдығы |
| Негізгі айнымалы | SiH₄/NH₃ газ қатынасы | SiNx қалыңдығы + күйдіру температурасы |
| Істен шығу түрі | Si/N қатынасының ауытқуы → фрит тұтқырлығының теңгерімсіздігі → жоғары контактілі кедергі | Қалыңдықтың дұрыс болмауы → күйдіру немесе күйдіре алмау |
| Бағытты түзету | Газ қатынасын оңтайлы терезеге келтіріңіз | Жұп қалыңдығы мен температурасы |
| Ортақ механизм | Frit-SiNx реакция кинетикасы байланыс сапасын анықтайды | Frit-SiNx ену тереңдігі байланыс сапасын анықтайды |
Екі мақаланы қатар қойсаңыз, алдыңғы және артқы пленка процесінің толық бейнесін аласыз: химиялық құрам жақсы байланыс жасауға болатынын анықтайды, физикалық қалыңдық байланыс кезінде астындағы нәрсені зақымдайтыныңызды анықтайды.
Жабынның Si/N қатынасын өзгертіңіз, Rs көтеріледі, FF құлайды, тиімділік төмендейді
Жолға ескерту: тиімділік жоғалтуды іздегенде тек полиге қарамаңыз
Екі мақаланы да аяқтап, өз жолымызға оралайық. Тиімділік жоғалтуды іздегенде, инженердің рефлексі - алдымен артқы поли қалыңдығын, допинг деңгейін, туннель оксидінің қалыңдығын тексеру - олардың FF және Voc-қа әсері жақсы түсінілген және бұл стандартты тексеру элементтері. Бірақ артқы SiNx қаптау қабаты көбінесе "пассивация/сәндік қабат" ретінде қарастырылады және оны байланыс кедергісі тұрғысынан аз адам ойлайды.
Бұл ISFH мақаласының құндылығы - ол осы еленбейтін айнымалыны қайтадан үстелге шығарады: дұрыс емес артқы пленка қалыңдығы, паста оттан өтпейді немесе күйіп кетеді, және FF бірдей құлайды. Келесі жолы "поли параметрлері өзгермеген, бірақ FF жұмбақ түрде төмендеді" жағдайына тап болсаңыз, поли айналасында айналмаңыз - артқы пленка қалыңдығы мен күйдіру температурасының әлі де сәйкес келетінін тексеріңіз.
Айта кету керек: ISFH эксперименті дәстүрлі күйдіруге негізделген. Қазір желілерде кеңінен қолданылатын LECO технологиясы кейінгі лазер/ток қадамы арқылы байланысты оңтайландыра алады, бұл белгілі бір дәрежеде күйдіру температурасы-қалыңдық жұбына сезімталдықты төмендетеді - бірақ артқы пленка қалыңдығы әлі де негізгі терезе болып табылады және елемеуге болмайды.
Ooitech көзқарасы
Біз іске қосатын әрбір TOPCon желісінде дәл осыны көреміз - артқы SiNx қаптауы тек түсті пленка ретінде қарастырылады, содан кейін FF тыныш түрде төмендейді, ешкім қалыңдық-температура жұбын тексермейді. ISFH деректері адамдарды LECO-ға итермелейтін нәрселермен сәйкес келеді, өйткені байланыс қалыптасуын күйдіру қадамынан бөлу пастаның фрит химиясы мен артқы пленка терезесі толық сәйкес келмегенде нақты маржа береді. Егер бұл қадамдардың нақты модуль желісінде - жабу, күйдіру, дәнекерлеу және т.б. - қалай жүретінін көргіңіз келсе, Ooitech YouTube арнасын мына мекенжайда қараңыз: www.youtube.com/ooitech - ізбасар болуға тұрарлық. Және бұл жасуша деңгейіндегі зерттеу екенін есте сақтаңыз; модуль желісі осы жасушаларды мұра етеді, бірақ контакт тағдыры жоғары деңгейде шешілген.
Әдебиеттер
Min B. et al., AIP Conf. Proc. 2487, 020014 (2022) (DOI: 10.1063/5.0089239)
Chen X.Y. et al., Solar Energy 126 (2016) 105–110 (DOI: 10.1016/j.solener.2016.01.001)
