SiNx тым жұқа және күміс пастасы тесіп өтеді
Мазмұны
Қысқа жауап: TOPCon ұяшығындағы алдыңғы пленкалы кремний нитриді екі қарама-қарсы талапты қанағаттандыруы керек, және екеуін де қанағаттандыратын қалыңдық тар. SiNx қабаты шағылыстырмайтын жабын ретінде әрекет етеді, сондықтан қалыңырақ пленка белгілі бір деңгейге дейін оптикалық өнімділікті жақсартады. Ол сондай-ақ күйдіру кезеңіне төтеп беруі және контакт қалыптастыру кезінде күміс пастаның кремнийге дейін тесіп өтуіне жол бермеуі керек. Тым жұқа жабын жағылса, күміс эмиттерге еніп, шунттар тудырады; тым қалың жабын жағылса, паста тиісті контакт құра алмай, контакт кедергісін арттырады. Өндірістегі жұмыс қалыңдықтары 40 нм-ден 80 нм-ге дейінгі диапазонда, ал күйдіру шыңдары шамамен 790 °C-тан 800 °C-қа дейін. Бұл өзара әрекеттесу паста құрамы мен күйдіру профилінің жабын рецептімен бірге, алдын ала емес, бірге әзірленетінінің себебі болып табылады.
PV модуль өндірісі · Jerry, Ooitech
Өнім туралы ақпарат
Кез келген TOPCon процестік желіні басқаратын адам осы қиындыққа тап болды. SiNx тым жұқа жабылса, күміс паста пассивация қабатын күйдіріп, Voc төмендетеді деп қорқасыз. Тым қалың жабылса, контактілік кедергі артып, FF ұстап тұра алмайды. Жұқасы қорқытады, қалыңы да қорқытады — сонда қанша қалыңдық "дәл керек"?
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 академиялық атау, негізінен ультра жұқа оксид және допирленген поликремний poly-Si/SiOx құрылымы — нақты не болып жатқанын оқшаулау үшін.
Негізгі қорытынды күрделі емес: SiNx қалыңдығы мен күйдіру температурасы — бір-біріне сәйкес келетін 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: контакт кедергісі ρc (TLM арқылы) және жасушаның IV параметрлері.
Бұған дейін біз 2016 жылғы JA Solar мақаласын қарастырдық, онда химиялық құрамы (Si/N қатынасы) алдыңғы жақтағы SiNx антишағылыстырғыш қабықшасының күміс пастамен жанасуына әсері қарастырылған. Бұл 2022 жылғы ISFH жұмысы физикалық қалыңдығының артқы жақтағы SiNx қаптамасының күміс пастамен жанасуына әсері туралы. Осы екеуін біріктірсеңіз, екі өлшем де — «химиялық құрам» және «физикалық қалыңдық», алдыңғы және артқы қабықшалар — қамтылады.
Барлық үлгілер 800°C температурада күйдірілді, тек артқы SiNx қалыңдығы өзгертілді
| SiNx қалыңдығы | Медианалық 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, тік көтерілу |
| 80 нм | ~600 мОм·см² | 40 нм-ден шамамен 600 есе жоғары |
55 нм және 60 нм үлгілеріндегі күйдіру температурасын сканерлеу
| Шарт | Медианалық 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 қорытынды: тым қалың болса, паста күйдіріліп өте алмайды
Барлық үлгілер 800°C шыңында күйдірілді, тек артқы SiNx қаптамасының қалыңдығы өзгертілді. Жоғарыдағы кестеден заңдылық анық көрінеді — күйдіру кезінде пастаның жанып өтуі мүмкін SiNx мөлшері шектеулі. Осы шектен асқанда, паста астындағы поликремнийге жете алмайды, сондықтан жанасу кедергісі күрт артады.
SEM суреттері тікелей дәлел береді:
40 нм SiNx: паста толығымен SiNx және поликремний арқылы күйіп кетті, көптеген микрондық шұңқырлар қалдырды полида. Поликремний толығымен жойылды — жақсы контакт, бірақ пассивация қабаты зақымдалды.
80nm SiNx: өте аз ғана шұңқырлар, 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 нәтиже: 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, температураны 790°C-тан 810°C-қа.
дейін сканерледі. Нәтиже өте анық:
55nm SiNx: FF ең жоғары 800°Cкезінде, ең жақсы тиімділік сонда. Төменірек болса, контакт жеткіліксіз; жоғарырақ болса, пассивация нашарлай бастайды.
60nm SiNx: FF ең жоғары 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 сол паста жүйесіне арналған анықтама — пастаны ауыстырсаңыз, қайта калибрлеу керек.
Контактілі кедергі деректері де мұны растайды: жоғары температура, жақсы контакт — пассивацияны күйдіріп жіберетін сызықтан өтпесеңіз.
Механизм: шұңқыр мөлшері — кілт
ISFH SEM көмегімен өте айқын критерийді ұсынды:
Диаметрі 1μm-ден үлкен шұңқырлар: поли толығымен жойылған, пассивация зақымдалған → Voc төмендейді
Диаметрі 1μm-ден кіші шұңқырлар: поли толық 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 кіші 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, ал пассивация бұзыла бастаған.
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 жағдайларда SiNx-тің әрбір қосымша 5 нм-і шың температурасын шамамен 5-10°C жоғарылатады — бірақ пасталарды ауыстырғаннан кейін қайта калибрлеу керек.
3. Ойықтар "терезе" көрсеткіші болып табылады. Ойықтардың өлшемі мен тығыздығына SEM арқылы қарап, ағымдағы қалыңдық-температура комбинациясы терезенің ішінде ме, соны 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 немесе өтпеуі 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, контактты және түс біркелкілігін теңестіруі керек және қалыңырақ, тұрақтырақ диапазонды таңдайды. Маңыздысы, коммерциялық желі пасталары ISFH зертханалық пастасынан басқа шыны-фрит жүйесін пайдаланады, сондықтан күйдіруге болатын SiNx қалыңдық терезесі де әртүрлі.
Қалыңдықты өзгертіңіз, сыну көрсеткіші өзгереді, ал пленканың интерференциялық түсі де өзгереді. Тым жұқа немесе тым қалың болса, пластиналар түс өзгерісін, түссізденуді және тікелей косметикалық шығымды төмендететін ұқсас косметикалық ақауларды көрсетеді. Бұл өз кезегінде паста өндірушіге қатаң талап қояды: паста артқы пленканың технологиялық терезесіне сәйкес келуі керек, артқы пленканы белгілі бір пастаға бейімдеуге мәжбүрлемеу керек. Қалыңдық пен температура жұптасуы керек, ал паста мен пленка қалыңдығы да жұптасуы керек — желі бір нүктелі түзету емес, жүйе болып табылады.
Мақала айтпаған үш нәрсе
POLO мен TOPCon арасындағы байланыс. ISFH қолданған POLO контактісі негізінен ультра жұқа оксид пен допирленген поликремнийден (poly-Si/SiOx) тұрады, 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 олар әртүрлі SiNx қалыңдықтарын күйдіре алады. ISFH 50-60 нм бір нақты пастаға негізделген — пастаны ауыстырсаңыз, қайта калибрлеу қажет болуы мүмкін.
Ұзақ мерзімді сенімділік қамтылмаған. Кішкентай ойықтар 25 жыл бойы сыртқы қартаю кезінде үлкен ойықтарға айнала ма? Интерфейс ылғалды жылуда одан әрі нашарлай ма? Мақала жауап бермейді.
Оны JA Solar 2016-мен бірге оқу
| Өлшем | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| Қолдану | Алдыңғы SiNx шағылысуға қарсы пленка (ARC) | Артқы SiNx қаптау 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 астындағыны зақымдауыңызды анықтайды.
Жабынның Si/N қатынасын өзгертіңіз, Rs күрт 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 еленбейді және оны байланыс кедергісі тұрғысынан аз адам ойлайды.
Осы ISFH мақаласының құндылығы - бұл еленбейтін айнымалыны қайтадан үстелге шығару: 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, тек полиді 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 еленбей қалмауы керек.
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 нәрсемен сәйкес келеді, өйткені байланыс түзілуін күйдіру қадамынан бөлу пастаның фрит химиясы мен артқы пленка терезесі толық сәйкес келмегенде нақты маржа береді. Егер бұл қадамдардың нақты модуль желісінде - жабын, күйдіру, стрингілеу және т.б. - қалай жүретінін көргіңіз келсе, Ooitech YouTube арнасын мына мекенжайда қараңыз: www.youtube.com/ooitech - бақылауға тұрарлық. Есіңізде болсын, бұл жасуша деңгейіндегі зерттеу; 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)
