Неліктен металдандыру жоғары тиімді күн элементтері үшін тиімділік шегін белгілейді?

Фотоэлектрлік технологияның кең тарихында түрлендіру тиімділігінің әрбір шағын өсімі әдетте микроскопиялық физикалық шектеулерді сәл қаттырақ итеруден келеді. Өнеркәсіп монокристалды PERC дәуірінен асып, TOPCon, HJT және BC сияқты N-типті технологияларға ауыса бастағаннан бері тиімділік шегі өсуде.

Күн элементтері Шокли-Квейзер шегіне жақындаған сайын, жартылай өткізгіш физикасындағы ең негізгі және қиын мәселелердің бірі маңыздырақ болады: металл мен жартылай өткізгіш арасындағы электрлік контакт. Бұл интерфейс жаппай өндіріс өнімділігіне және соңғы элемент тиімділігіне әсер ететін негізгі техникалық кедергіге айналды.

Маман емес адам үшін күн элементі күн сәулесінің астында жай ғана электр энергиясын өндіретін жұқа жартылай өткізгіш пластина сияқты көрінуі мүмкін. Алайда өнеркәсіптік және академиялық тұрғыдан бұл өте дәл кванттық-механикалық энергия түрлендіру құрылғысы. Ол жұтылған фотондардан пайда болған электрон-тесік жұптарын бөліп, оларды мүмкіндігінше аз шығынмен сыртқы тізбекке бағыттауы керек.

Бұл процесс кезінде металл электродтар заряд тасымалдаушылар микроскопиялық жартылай өткізгіш әлемінен шығатын ақы төлеу станциялары сияқты әрекет етеді. Егер станцияда үлкен тосқауыл болса, тасымалдаушылар тығыздалып, рекомбинацияланып, энергиясын жоғалтады. Құрылғы деңгейінде бұл контакт кедергісінің күрт өсуі, толтыру коэффициентінің күрт төмендеуі және сайып келгенде күн элементінің шығыс қуатының төмендеуі ретінде көрінеді.

Сондықтан өте төмен рекомбинацияны сақтайтын бетте төмен кедергілі омдық контактіні қалыптастыру мүмкіндігі заманауи жоғары тиімді күн элементтері үшін маңызды бөлу сызығына айналды.

Омдық контакт: Металл мен жартылай өткізгіш арасындағы физикалық алшақтықты жою

Металдандыру мәселесін түсіну үшін алдымен жартылай өткізгіштердің зоналық теориясына оралуымыз керек. Бұл жартылай өткізгіш ішіндегі ішкі электр өрісін және металл жартылай өткізгішпен түйіскенде болатын микроскопиялық заряд алмасуды қамтиды.

Фотоэлектрлік түрлендірудің физикалық негізі - PN өткелі. Әртүрлі легирлеу концентрациясы бар P-типті және N-типті жартылай өткізгіштер жанасқанда, олардың Ферми деңгейлері әртүрлі болады. Термодинамикалық тепе-теңдікке жету үшін микроскопиялық заряд алмасу жүреді.

N-типті жартылай өткізгіштің Ферми деңгейі P-типті жартылай өткізгіштікінен жоғары. Сондықтан электрондар N-аймақтан P-аймаққа қарай өздігінен қозғалады, ал кемтіктер қарама-қарсы бағытта қозғалады. Бұл тасымалдаушылар қозғалғанда, PN өткелінің интерфейсіне жақын жерде бекітілген зарядталған иондар қалады. Бұл кеңістіктік заряд аймағын (деплетия аймағы деп те аталады) және ішкі электр өрісін тудырады.

Ішкі өріс жартылай өткізгіштің энергетикалық зоналарын майыстырады және тасымалдаушылардың диффузия бағытына қарама-қарсы дрейф күшін тудырады. Диффузия мен дрейф динамикалық тепе-теңдікке жеткенде, екі жақтағы Ферми деңгейлері теңеседі және таза ток нөлге тең болады. Жарықтандыру кезінде фототуындаған электрон-кемтік жұптары осы ішкі өріспен бөлініп, фотоэлектр қозғаушы күшін және шығыс тогын береді.

Бұл нәзік физикалық процесс тек тасымалдаушылар жартылай өткізгіштен шығып, металл электродтарға басқа үлкен кедергіге тап болмай енетін болса ғана тиімді жұмыс істейді.

Шоттки кедергілері: Ток жолындағы биік қабырға

Ток жинайтын металл электрод жартылай өткізгішпен физикалық жанасқанда, жұмыс шығу жұмыстарының айырмашылығы интерфейсте заряд алмасуына және зоналардың майысуына әкеледі.

N-типті жартылай өткізгішпен жанасқан металды қарастырайық. Егер металдың жұмыс шығу жұмысы жартылай өткізгіштікінен үлкен болса, жартылай өткізгіш бетіндегі электрондар металға қарай жылжиды. Сонда жартылай өткізгіш бетіне жақын жерде негізгі тасымалдаушылар саны аз деплетия қабаты пайда болады. Энергетикалық зоналар жоғары қарай майысып, Шоттки кедергісі деп аталатын интерфейстік энергетикалық кедергі түзеді.

Шоттки кедергісі диодтың бір бағытты өткізгіштігіне ұқсас айқын түзеткіш әсерге ие. Оны еңсеру үшін жартылай өткізгіштегі тасымалдаушылар термоэлектронды эмиссия арқылы кедергіден өтуге жеткілікті жылулық энергияға ие болуы керек.

Егер жұмыс істеп тұрған күн батареясының электроды мен кремний субстраты арасында типтік Шоттки контактісі пайда болса, фототуындаған тасымалдаушылар металға қарай жылжу кезінде күшті кедергіге тап болады. Бөгет тек ток ағынын шектеп қоймайды. Ол сондай-ақ тасымалдаушылардың интерфейсте жиналып, рекомбинациялануына әкеледі, бұл тікелей түрлендіру тиімділігін төмендетеді.

Омдық контакті бұған қарама-қарсы. Бұл металл мен жартылай өткізгіш арасындағы түзетпейтін электрлік контакті, өте төмен контактілік кедергісі бар. Идеал жағдайда ток интерфейс арқылы екі бағытта да сызықты түрде өтеді, кернеудің минималды төмендеуімен және энергия шығынымен.

Теориялық тұрғыдан, N-типті жартылай өткізгіш үшін өте төмен жұмыс функциясы бар металды немесе P-типті жартылай өткізгіш үшін өте жоғары жұмыс функциясы бар металды таңдау Шоттки бөгетінен аулақ болуға көмектеседі. Нақты кремний беттері күрделірек. Тордың үзілуінен туындаған ілінген байланыстар және интерфейс күйлерінің жоғары тығыздығы күшті Ферми деңгейінің бекітілуін тудыруы мүмкін. Сондықтан металдың жұмыс функциясын өзгерту ғана тамаша омдық контакті жасау үшін жеткіліксіз.

Негізгі өнеркәсіптік шешім - кванттық туннельдеумен біріктірілген қатты допинг. Жартылай өткізгіш металмен жанасатын жерде жергілікті түрде жоғары допингтелген N++ немесе P++ қабаты қалыптасады. Бұл беттегі кедейлену аймағын күрт тарылтады. Бөгет жеткілікті жұқа болғаннан кейін, тасымалдаушылар оның үстінен өтудің қажеті жоқ. Олар ол арқылы жоғары ықтималдықпен тікелей туннельдей алады. Бұл кванттық туннельдеу эффектісі.

Контактілік кедергі өскенде, Толтыру коэффициенті төмендейді

Омдық контактінің физикалық негізі түсінікті болғаннан кейін, келесі сұрақ - күн энергетикасы өнеркәсібінің микроскопиялық контактілік ақауларға неге соншалықты сезімтал екендігі. Жауап үш негізгі электрлік параметрді қамтиды: контактілік кедергі, тізбекті кедергі және толтыру коэффициенті.

Күн батареясы идеалды ток көзі емес. Ол бірнеше болмай қоймайтын кедергі-шығын механизмдерін қамтиды, олар бірге тізбекті кедергі ретінде ұсынылады. Тізбекті кедергі кремний пластинасының көлемдік кедергісін, эмиттердің беттік кедергісін, металл-жартылай өткізгіш интерфейстеріндегі контактілік кедергіні, саусақтар мен шиналардың омдық кедергісін, сондай-ақ таспалар мен басқа да қосылыс материалдарының физикалық кедергісін қамтиды.

Монокристалды кремний өсіру жетілген сайын, өткізгіш күміс пасталары жақсарды, экранды басып шығару торлары жіңішкерді, пластина кедергісі мен металл тор кедергісі салыстырмалы түрде төмен деңгейге дейін төмендетілді. Қазіргі N-типті жоғары тиімді элементтердегі ең қиын микроскопиялық кедергілердің бірі - металл электроды мен кремний негізіндегі контактілік құрылым арасындағы контактілік кедергі.

Егер кванттық-туннельдік басым омдық контакт орнатылмаса, контакт кедергісі экспоненциалды түрде өсіп, тізбектік кедергі шығынының негізгі көзіне айналуы мүмкін.

Толтыру коэффициенті күн элементінің шығысын және ішкі энергия шығынын бағалау үшін қолданылатын маңызды параметрлердің бірі болып табылады. Ол максималды шығыс қуатының ашық тізбек кернеуі мен қысқа тұйықталу тогының көбейтіндісіне қатынасы. I-V қисығында ол қисықтың қаншалықты төртбұрышты немесе толық көрінетінін көрсетеді.

Нашар контакт омдық контактінің істен шығуына әкелгенде, контакт кедергісінің артуы жалпы тізбектік кедергіні күрт жоғарылатады. Содан кейін I-V қисығы максималды қуат нүктесінің айналасында еңкейіп, құлдырайды. Элемент салыстырмалы түрде қалыпты ашық тізбек кернеуі мен қысқа тұйықталу тогын көрсете алады, бірақ сыртқы тізбекке қолжетімді максималды қуат айтарлықтай төмендеуі мүмкін.

Техникалық тізбек қарапайым:

• Нашар металл-жартылай өткізгіш интерфейсі дұрыс омдық контактіні болдырмайды.

• Істен шыққан контакт интерфейстік контакт кедергісінің артуына әкеледі.

• Контакт кедергісі элементтің жалпы тізбектік кедергісін арттырады.

• Жоғары тізбектік кедергі толтыру коэффициентін төмендетеді.

• Төмен толтыру коэффициенті түрлендіру тиімділігін жаппай өндірістің қабылдау шегінен төмен түсіреді.

Пассивация және контакт: Қазіргі заманғы күн элементтерінің ішкі қайшылығы

Қазіргі заманғы жоғары тиімді элемент дизайны пассивация мен электрлік контакт арасындағы физикалық қайшылыққа тап болады. Жоғары ашық тізбек кернеуін алу үшін инженерлер кремний бетін мүмкіндігінше толық пассивациялайтын диэлектрлік пленкаларды қажет етеді.

Пассивация екі жолмен жұмыс істейді. Химиялық пассивация кристалдық кремнийдегі тор ақауларындағы ілінген байланыстарды қанықтыру үшін сутегі сияқты элементтерді пайдаланады, ақаулар арқылы рекомбинацияны азайтады. Өрістік пассивация интерфейсте күшті электр өрісін жасайды. Электростатикалық тебіліс ұқсас зарядтың азшылық тасымалдаушыларын беттен алыс ұстайды, маңызды беттік рекомбинация жолын кеседі.

Мысалы, PERC элементінің P-типті артқы бетінде теріс зарядтардың жоғары тығыздығы бар алюминий оксиді пленкасы күшті жолақтың иілуін жасай алады және химиялық және өрістік пассивацияны қамтамасыз ете алады. Дегенмен, бұл жоғары тиімді оқшаулағыш диэлектрлік пленка токты алуға кедергіге айналады.

Фототудырылған тасымалдаушыларды жинау үшін металл электродтар әлі де кремний субстратына электрлік жолды қажет етеді. Дәстүрлі PERC өңдеуі артқы пассивация қабатында кішкене тесіктерді жасау үшін лазерлерді пайдаланады, осылайша алюминий немесе күміс пастасы кремниймен жанаса алады. Дегенмен, тікелей металл-кремний жанасуы қарқынды интерфейстік рекомбинацияны тудырады. Бұл жанасу нүктелері рекомбинациялық қабылдағыштар сияқты әрекет етеді.

N-типті дәуірде, жасуша дамуы кристалды кремний үшін келтірілген 29,43% теориялық тиімділік шегіне жақындағанда, жергілікті жанасу тесіктерінен болатын рекомбинациялық шығындарды қабылдау әлдеқайда қиындайды. Сондықтан TOPCon, HJT және BC технологиялары бірдей орталық мәселені шешуі керек: беттік пассивацияны бұзбай, төмен кедергілі, үлкен аумақты тасымалдаушыларды тасымалдауға қалай қол жеткізуге болады.

TOPCon: Тунельдік оксид және LECO микроскопиялық хирургиясы

Күшті фотоэлектрлік сұраныс P-типті PERC-ті N-типті технологиялармен ауыстыруды жеделдетті. Осы жерде келтірілген салалық деректерге сәйкес, N-типті TOPCon 2023 жылы жасуша нарығының шамамен 23% -ын ғана иеленді. Оның үлесі 2024 жылы 60% -дан асты, ал жетекші өндірушілердің кейбір жабдықтарды қамту деректері N-типті үлесті 71,1% -ға дейін көрсетті.

TOPCon қолданыстағы PERC өндірістік желілерімен жоғары үйлесімділікті сақтайды. Жаңарту әдетте төрт қосымша негізгі процесті қажет етеді. Келтірілген жабдыққа инвестиция шамамен 1 ГВт үшін 50–70 миллион юаньды құрайды, ал жаңа HJT желісі үшін шамамен 1 ГВт үшін 350–400 миллион юань. TOPCon сонымен қатар PERC-тен айқын өнімділік артықшылықтарын ұсынады. Оның теориялық тиімділік шегі шамамен 28,7% деп хабарланады, ал қазіргі жаппай өндіріс тиімділігі әдетте 26,5% -дан асып, зертханалық тиімділік 27,5% -дан асты.

TOPCon өнімділігінің кілті - оның артқы пассивациялық жанасу құрылымы. N-типті кремний субстратында қалыңдығы шамамен 1–2 нанометрмен қатаң бақыланатын ультра жұқа кремний оксиді қабаты өсіріледі. Содан кейін шамамен 60–100 нанометрлік ішкі поликремний қабаты тұндырылады және жоғары температуралық процесс арқылы қатты фосформен қоспаланады.

Бандтық физика тұрғысынан ультра жұқа кремний оксиді қабаты пластина бетіндегі ілулі байланыстарды химиялық түрде қанықтырады. Қатты қоспаланған поликремний интерфейске жақын жерде күшті бандтың иілуін тудырады. Бұл құрылым азшылық тасымалдаушылар үшін, бұл жағдайда тесіктер үшін жоғары кедергіні және көпшілік тасымалдаушылар үшін, яғни электрондар үшін әлдеқайда аз тиімді кедергіні жасайды. Оксид өте жұқа болғандықтан, электрондар ол арқылы поликремний қабатына тунельденеді, ал тесіктер бұғатталады. Нәтиже - тасымалдаушыларды таңдамалы тасымалдау.

Оксид арқылы тасымалдаудың академиялық талқылауларына тікелей кванттық туннельдеу және пинхол моделі кіреді. Туннельдік оксидтің қалыңдығы шамамен 2 нанометрден асқанда, туннельдеу ықтималдығы экспоненциалды түрде төмендейді. Тасымалдаушылардың тасымалы жоғары температурада күйдіру кезінде пайда болған микроскопиялық ақауларға немесе пинхолдарға көбірек тәуелді болуы мүмкін. Пинхолдардың тым аз болуы контакт кедергісін арттыруы мүмкін. Тым көп болуы пленканың кең зақымдалуын және химиялық пассивацияның әлсіреуін көрсетуі мүмкін.

Артқы контактіні пассивтеу және алдыңғы жағында селективті эмиттер болса да, TOPCon металдандыру күйдіру кезінде күрделі қайшылыққа тап болады. Ұяшыққа жоғары температурада күйдіру қажет, осылайша күміс паста поликремниймен төмен кедергілі контакт құра алады. Егер күйдіру тым агрессивті болса, күміс кристаллиттері 1–2 нанометрлік туннельдік оксидке еніп, кристалды кремний субстратына жетуі мүмкін. Сонда пассивация құрылымы бұзылып, қараңғы ток артып, ашық тізбек кернеуі күрт төмендеуі мүмкін. Егер күйдіру температурасы тым төмен болса, күміс паста поликремниймен дұрыс жалғанбауы мүмкін. Сонда контакт кедергісі шамадан тыс артып, толтыру коэффициенті төмендеуі мүмкін.

Лазерлік күшейтілген контакт оңтайландыру (LECO) осы күйдіру терезесін шешу үшін енгізілді. Бұл процесс алдымен арнайы құрастырылған, аз коррозиялық күміс пастаны қолданады. Кәдімгі күйдіру электродтың кремний нитрид қабатына енуіне мүмкіндік береді, астындағы ультра жұқа туннельдік оксидке елеулі зақым келтірмей. Күйдіруден кейін ұяшық беті таңдалған толқын ұзындығының жоғары қарқынды лазеріне ұшырайды, ал электродтар арасында ығысу кернеуі беріледі.

Фотоөткізгіштік эффектісі арқылы жергілікті электр өрісі металл-жартылай өткізгіш интерфейсінде қысқа, жоғары қарқынды микроскопиялық ток тудырады. Бұл импульс микроскопиялық найзағайға ұқсайды. Ол жергілікті түрде қалдық интерфейстік кедергілерді бұзып, электротермиялық балқытуды және жоғары локализацияланған өткізгіш аймақтарды жасайды. Көптеген шағын ток жолдары пайда болады.

LECO өңдеуден кейін макроскопиялық контакт кедергісі бірнеше рет төмендеуі мүмкін және тиімді омдық контакт орнатылады. Бұзылу қысқа және локализацияланған. Ол ток тасымалын жақсартады, сонымен бірге туннельдік оксидтің пассивация құрылымының көп бөлігін сақтайды.

HJT: Төмен температуралы күміс паста мен TCO арасындағы жұмсақ контакт

Егер TOPCon жоғары температурада арқанмен жүрсе, гетероқұрылымды технология қатаң төмен температура шегінде жұмыс істейді. HJT алғаш рет 1980 жылдардың соңында Жапонияның Sanyo компаниясы ұсынған. Ол N-типті кристалды кремний пластинасының екі бетінде де екі жақты пассивация үшін ультра жұқа ішкі гидрленген аморфты кремний қабықшаларын пайдаланады. Содан кейін гетероқұрылымдарды құру үшін допирленген P-типті және N-типті аморфты кремний қабаттары тұндырылады. Оның теориялық тиімділік шегі әдетте шамамен 28,5% деп бағаланады, бұл оны жетекші ұзақ мерзімді элемент архитектураларының біріне айналдырады.

HJT-дің күшті пассивациясы ішкі аморфты кремний қабықшаларына негізделген. Аморфты кремнийде көптеген сутегімен байланысқан Si-H байланыстары бар. Сутегі кристалды кремний бетіндегі ілінген байланыстарды қанықтырып, күшті химиялық пассивацияны қамтамасыз ете алады. Бұл байланыстар да нәзік. Кейінгі өңдеу температурасы шамамен 200–250°C-тан асқанда, сутегі аморфты кремний қабықшасынан қашып кетуі мүмкін. Бұл дегидрлеу химиялық пассивация әсерін бұзады.

Температура шектеуі HJT металдандыруға шешуші әсер етеді. PERC және TOPCon үшін қолданылатын, әдетте 800°C-тан жоғары күйдіруді қажет ететін дәстүрлі жоғары температуралы күміс пастасын қолдануға болмайды. HJT арнайы төмен температуралы күміс паста жүйесін қажет етеді.

Жоғары температуралы шыны фрит реакциясына сүйенудің орнына, төмен температуралы паста өткізгіш күміс бөлшектері үшін байланыстырғыш ретінде органикалық полимерлі шайырды пайдаланады. Трафаретті басып шығарғаннан кейін элемент шамамен 200°C-тан төмен жұмыс істейтін кептіру пешіне түседі және салыстырмалы түрде ұзақ төмен температуралы кептіру циклінде болады.

Температура мәселесін шешу тағы бір мәселені тудырады: электр өткізгіштік. Аморфты кремний тамаша пассивацияны ұсынады, бірақ оның бүйірлік өткізгіштігі нашар. Тасымалдаушылар гетероқұрылымнан өткеннен кейін, олар металл саусақтарға жету үшін аморфты кремний беті бойынша ұзақ қашықтыққа тиімді жүре алмайды.

Сондықтан допирленген аморфты кремнийдің үстіне мөлдір өткізгіш оксид қабықшасы тұндырылады, әдетте магнетронды тозаңдату арқылы. ITO жиі таңдалады. TCO қабықшасы жарықты өткізеді, салыстырмалы түрде төмен контактілі кедергіні қамтамасыз етеді және тасымалдаушыларды тор сызықтарына қарай бүйірлік өткізеді.

HJT стекінде соңғы металдандырылған контакт кептірілген төмен температуралы күміс пастасы мен TCO қабықшасы арасында пайда болады. Бұл екі тізбекті кедергі мәселесін тудырады.

Біріншіден, төмен температуралық паста полимер шайырының қатаю кезіндегі шөгуіне байланысты. Шөгу күміс бөлшектерін бір-біріне және TCO бетіне қысады. Бұл физикалық бөлшектер арасындағы байланыс жоғары температуралық күйдіруден алынатын металлургиялық байланысқа қарағанда айтарлықтай жоғары кедергіге ие.

Екіншіден, TCO жұмыс функциясы негізгі легирленген аморфты кремниймен және оның үстіндегі металл электродпен үйлесімді болуы керек. Шамалы тотығу немесе Ферми деңгейінің бекітілуі TCO-күміс интерфейсінде кішкентай Шоттки кедергісін тудыруы мүмкін. Бұл кедергі тізбекті кедергіні арттырып, толтыру коэффициентін төмендетеді.

Паста жеткізушілері күміс бөлшектерінің пішінін, бөлшектердің мөлшерінің таралуын және органикалық шайыр жүйелерін оңтайландыру арқылы жауап береді. HJT саласы сонымен қатар төмен температуралы күміс пастасының құны мен физикалық байланыс шектеулерінен асып кету үшін күміссіз мыс электропластикасын зерттеуде. Электропластика TCO-да немесе арнайы тұқымдық қабатта тығыз, таза мыс тор сызықтарын өсіріп, идеалды күйге әлдеқайда жақын төмен кедергілі металлургиялық байланыс жасай алады.

BC: Артқы электродтардың микрометрлік биі

Күн элементтері архитектурасының ауқымында артқы контакт технологиясы өте тартымды, бірақ өндіру қиын. BC бір нақты субстрат материалы емес. Бұл архитектуралық тұжырымдама, оның негізгі формасы ретінде аралас артқы контакт элементі (IBC) бар.

Ол P-типті вафлиді, TOPCon негізіндегі контакт құрылымын немесе HJT құрылымын пайдаланса да, негізгі принцип бірдей: эмиттер, артқы өріс және барлық оң және теріс металл тор сызықтары элементтің артқы жағына ауыстырылады.

Барлық электродтарды жарықтандырылған беттен алып тастау айқын оптикалық артықшылық береді: алдыңғы жағында металл көлеңкесінің болмауы. Кіріс жарықты бөгейтін саусақтар немесе шиналар болмағандықтан, элементке көбірек фотондар ене алады. Дәстүрлі бифасиалды элементтермен салыстырғанда, BC элементінің қысқа тұйықталу ток тығыздығы шамамен 7% артуы мүмкін.

Модуль өндірісі және инкапсуляция кезеңінде BC элементтері дәстүрлі Z-тәрізді алдыңғы-артқы қосылу жолын тегіс артқы жақ қосылымымен ауыстыра алады. Бұл алдыңғы және артқы беттер арасындағы механикалық кернеуді азайтады және микрожарықтарға төзімділікті жақсартады. Мысалы, LONGi HPBC элементтерінің шеткі кернеуі дәстүрлі BC емес элементтерге қарағанда 48% төмен екендігі хабарланды, бұл ұзақ мерзімді сенімділікті жақсартуға көмектеседі.

Алдыңғы жағындағы оптикалық күшейту артқы жағындағы әлдеқайда күрделі электрлік дизайн арқылы төленуі керек. Шектеулі артқы бетінде P-типті эмиттер аймақтары мен N-типті артқы өріс аймақтары тығыз алмасып орналасқан саусақтар түрінде орналастырылған. Жеке электродтар жоғары дәлдікпен жасалуы керек. Оң металл жоғары легирленген P-типті аймақпен омдық контакт жасауы керек, ал теріс металл жоғары легирленген N-типті аймақпен контакт жасауы керек.

Үш инженерлік мәселе ерекшеленеді.

Біріншіден, алдыңғы бет ток жинамайтындықтан, барлық фототудырылған тасымалдаушылар пластина қалыңдығы арқылы өтіп, содан кейін үш өлшемде бүйірлік бағытта тиісті артқы контактіге қарай жылжуы керек. Егер оң және теріс артқы электродтар арасындағы қашықтық тым кең болса, тасымалдаушылардың тасымалдау жолдары ұзарады. Рекомбинация ықтималдығы артады және бүйірлік көлемдік кедергі артады.

Екіншіден, бүйірлік тасымалдау қашықтығын қысқарту үшін оң және теріс электродтар өте тығыз орналасуы керек. Лазерлік ашу экрандық басып шығарумен бірге немесе оқшаулағыш маска және фотолитографиялық металдандыру микрометр деңгейіндегі дәлдікпен туралануы керек. Пастаның аздап асып кетуі немесе бірнеше микрометрге ғана ауытқуы P-жақ және N-жақ металдарын тікелей қосуы мүмкін, бұл күшті шунттауға әкеледі.

Үшіншіден, барлық оң және теріс контактілер артқы беттегі жергілікті аймақтарда шоғырланған. Металл-жартылай өткізгіш контактінің жалпы тиімді ауданы екі жағында контактілері бар кәдімгі элементтікінен кіші болуы мүмкін. Фототудырылған ток осы жергілікті контакт нүктелеріне жиналғанда, ток тығыздығы өте жоғары болады. Тіпті кішкентай контакт ақауы айтарлықтай резистивтік және жылулық шығынға ұласуы мүмкін.

Соңғы ойын: Оптикалық ұстаудан тасымалдаушыларды басқаруға

Өнеркәсіптің омдық контакт пен контакт кедергісіне назар аударуы фотоэлектрлік дамудағы терең өзгерісті көрсетеді. Басымдық макроскопиялық фотонды ұстаудан микроскопиялық тасымалдаушылар динамикасын дәл бақылауға ауысуда.

PERC басым болған онжылдықта зерттеу күшінің көп бөлігі артқы оптикалық шағылыстыруды арттыруға және алюминий оксиді сияқты материалдармен пассивацияны жақсартуға бағытталды. N-типті дәуірінде материалтанудағы жетістіктер беттік химиялық пассивацияны оның практикалық шегіне жақындатты. Ең әлсіз буын өзгерді. Селективті тасымалдаушыларды экстракциялау және интерфейстік тасымалдау енді соңғы өнімділікті анықтауда үлкен рөл атқарады.

Металл-интерфейстік контакт кедергісін тиімдірек шешетін компаниялар мен технологиялық платформалар төменгі сериялық кедергі және жоғары толтыру коэффициенті арқылы маңызды тиімділік пен шығын артықшылығын құра алады.

TOPCon-ның 2024 жылы нарықтық кеңеюі тек қолданыстағы PERC желілерімен үйлесімділікке байланысты болған жоқ. Жабдық өндірушілері мен паста жеткізушілері LECO сияқты лазерлік контакт процестерін жетілдірді, бұл тунельдік оксидті пассивацияны төмен кедергілі қорытпалы контакт түзілуімен теңестіру үшін локализацияланған электрлік және термиялық әсерлерді қолданады.

Алдағы уақытта, күмістің тұрақты жоғары құны және төмен температуралы күміс пастасының физикалық кедергі шектеулері күмісті азайту мен мыс қаптауды назарға алуға итермелейді. Өткізгіш пленкаға немесе тұқымдық қабатқа тығыз мыстың электрохимиялық өсуі металлургиялық омдық контакт жасай алады, сонымен қатар тордың электр кедергісін төмендетеді.

Микрометрлік интерфейстегі соңғы шайқас

Күн батареялары нашар контактқа өте сезімтал, себебі электрод интерфейсі фотоэлектрлік энергия түрлендіру цикліндегі соңғы және ең қиын қадам болып табылады.

TOPCon күйдіру шарттарын небәрі 1–2 нанометр қалыңдықтағы тунельдік оксидтің тұтастығымен теңестіреді, LECO жоғары локализацияланған контакт оңтайландыру процесі ретінде әрекет етеді. HJT төмен температуралы өткізгіш паста мен мөлдір өткізгіш оксид арасында сенімді байланыс құруы керек, сонымен бірге қатаң 200°C класындағы термиялық шектеуді сақтауы тиіс. BC ұяшықтары екі полярлықты артқы бетке орналастырады және микрометрлік масштабтағы үлгілеуді талап етеді, бұл шунттаудан аз ғана туралау қателігімен бөлінеді.

Бұл ірі өнеркәсіптік күш-жігер бірдей жартылай өткізгіш мақсатқа бағытталған: Шоттки кедергісін басу, тиімді омдық контакт орнату және контакт кедергісін мүмкіндігінше нөлге жақындату.

Кристалды кремний ұяшық технологиясы 29.43% теориялық шекке қарай ұзақ жолын жалғастыра отырып, бір ереже ескерілмей қалмайды: контакт интерфейсін бақылаңыз, сонда тиімділік шегін бақылайсыз.

Ooitech көзқарасы

Нақты өндірістік мәселе жай ғана тар тор сызықтарын басып шығару немесе тағы бір пассивация қабатын қосу емес. Металдандыру толық ұяшық және модуль процесінің бөлігі ретінде оңтайландырылуы керек, себебі контакт кедергісіндегі кішкене өзгеріс толтыру коэффициентіне, термиялық мінез-құлыққа, дәнекерлеу сәйкестігіне және соңғы модуль қуатына әсер етуі мүмкін. TOPCon, HJT және BC конструкциялары дамыған сайын, контакт процесін бақылау және сенімді электрлік тексеру негізгі ұяшық тиімділігі сияқты маңызды болады.