ประสิทธิภาพเหนือ 26.3%: เหลืออะไรที่ด้านหลัง?

คำตอบสั้น: ประสิทธิภาพเซลล์เกิน 26.3% ด้านหน้าของเซลล์ TOPCon ใกล้ถึงจุดที่เหมาะสมที่สุดแล้ว และส่วนที่เหลือยังมีช่องว่างอยู่ที่ด้านหลัง นั่นคือสิ่งที่ขับเคลื่อนการเปลี่ยนไปสู่การสัมผัสด้านหลังแบบ p-type เต็มพื้นที่และนิ้วโพลีซิลิคอนเฉพาะจุด ซึ่งเปลี่ยนวิธีที่ด้านหลังเก็บกระแสและปริมาณพื้นที่ที่จัดสรรให้กับการพาสซีเวชันเทียบกับการสัมผัส โครงสร้างที่วัดได้เกี่ยวข้องกับสแต็กด้านหลังที่มีชั้นหนาประมาณ 1 nm, 1.5 nm, 36 nm และ 90 nm การสัมผัสเต็มพื้นที่ และขั้นตอนกระบวนการด้านหลังที่อุณหภูมิใกล้ 650 °C โดยมีแรงดันวงจรเปิดที่รายงานไว้ที่ 1.961 V สำหรับอุปกรณ์ที่กล่าวถึง แต่ละมิติเหล่านี้แลกเปลี่ยนความต้านทานการสัมผัสกับรีคอมบิเนชัน และค่าที่เหมาะสมที่สุดจะเปลี่ยนไปเมื่อด้านหน้าดีขึ้น ในสายการผลิต นี่หมายความว่าสูตรด้านหลังกลายเป็นตัวแปรที่มีชีวิตมากกว่าส่วนที่คงที่ของกระบวนการ

การผลิตโมดูล PV · โดย Jerry, Ooitech

ประสิทธิภาพสูงกว่า 26.3% ยังเหลืออะไรให้ปรับปรุงที่ด้านหลัง?

“เหลาจาง เซลล์ 26.66% ใช้โครงสร้างด้านหลังแบบ p-type เต็มพื้นที่ ในรายงาน 26.34% ด้านหน้าเปลี่ยนเป็นนิ้วแบบ n-TOPCon เฉพาะจุด ขณะที่ด้านหลังกลายเป็นหน้าสัมผัส p-TOPCon เต็มพื้นที่ แล้วสแต็ก SiOx/poly-Si แบบสองชั้นยังเหมือนเดิมหรือไม่?” TOPCon โครงสร้างด้านหลัง ในบทความ 26.34% ด้านหน้าเปลี่ยนเป็นนิ้วแบบ n-TOPCon ที่ถูกจำกัดเฉพาะที่ ขณะที่ด้านหลังกลายเป็นหน้าสัมผัส p-TOPCon แบบเต็มพื้นที่ ชั้นซ้อน SiOx/poly-Si แบบสองชั้นยังคงเหมือนเดิมหรือไม่?”

นั่นคือคำถามติดตามจากทีมกระบวนการของเราหลังจากที่เราพูดคุยเกี่ยวกับเซลล์ 26.66% เมื่อวานนี้

สถาปัตยกรรมสองชั้นด้านหลังพื้นฐานเกือบจะคัดลอกมาจากการออกแบบ 26.66% แต่ด้าน p-TOPCon มีปุ่มปรับสามปุ่มที่เซลล์ 26.66% ไม่ได้แตะต้อง กลยุทธ์ด้านหน้าก็แตกต่างอย่างสิ้นเชิง มันเคลื่อนออกจากอิมิตเตอร์โบรอนความต้านทานสูง 430 Ω/□ และไปสู่ฟิงเกอร์ n-TOPCon แบบเฉพาะจุด นี่เป็นสองแนวทางที่แตกต่างกันมากในการลดการรวมตัวใหม่

เอกสาร 26.34% โดย Gao K. et al. สามารถมองได้ว่าเป็นการศึกษาคู่ขนานแบบ back-junction ของงาน 26.66% การอ่านทั้งสองร่วมกันให้ภาพที่ชัดเจนขึ้นว่าต้องทำอะไรเพื่อเข้าใกล้ประสิทธิภาพ 27%

Gao, K. et al. “Bifacial tunnel oxide passivating contacts for silicon and perovskite/silicon tandem solar cells with improved efficiency.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8

สามตัวเลขเบื้องหลังเซลล์ 26.34%

• ประสิทธิภาพเซลล์เดี่ยว: 26.34% บนพื้นที่ 335.5 ซม.², มี Voc 743.2 mV, FF 85.0% และ Jsc 41.69 mA/cm²

• ประสิทธิภาพแบบ Tandem: 32.73%โดยใช้เซลล์ perovskite ชั้นบนที่มีแถบพลังงาน 1.68 eV แรงดัน Voc ของ tandem ถึง 1.961 V ในขณะที่ประสิทธิภาพเริ่มต้น 80% ยังคงอยู่หลังจากติดตาม MPP เป็นเวลา 2,000 ชั่วโมง

• คำจำกัดความโครงสร้าง: ฟิงเกอร์ n-TOPCon เฉพาะที่ด้านหน้าในรูปแบบ back-junction รวมกับหน้าสัมผัสด้านหลังแบบ double-layer p-TOPCon พื้นที่เต็มโดยพื้นฐานแล้วเป็นการกลับด้านของ TOPCon ทั่วไป ซึ่งปกติจะใช้ตัวปล่อยโบรอนด้านหน้าและหน้าสัมผัส n-TOPCon ด้านหลัง

หน้าสัมผัสด้านหลังแบบ Double-Layer: โครงกระดูกเดียวกัน แต่มีปุ่มปรับกระบวนการสามแบบที่แตกต่างกัน

หน้าสัมผัสด้านหลัง 26.66% ใช้ SiOx / n+ poly-Si โดปเบา / SiOx / n+ poly-Si โดปหนักโดยใช้ฟอสฟอรัสเป็นสารเจือปน

หน้าสัมผัสด้านหลัง 26.34% ใช้ SiOx / p+ poly-Si หนา 36 nm / SiOx / p+ poly-Si หนา 90 nmโดยใช้โบรอนเป็นสารเจือปน

ทั้งสองโครงสร้างเป็นไปตามลำดับพื้นฐานเดียวกัน: SiOx ด้านล่าง, poly-Si ชั้นใน, SiOx ชั้นกลาง และ poly-Si ชั้นนอก อย่างไรก็ตาม เวอร์ชัน p-TOPCon ต้องจัดการกับปัญหาที่มีมายาวนาน

p-TOPCon มักเผชิญกับการแลกเปลี่ยนระหว่าง passivation และ contact โบรอนสามารถสร้างข้อบกพร่องที่รอยต่อ Si/SiO₂ ได้มากกว่าฟอสฟอรัส ในขณะที่การทำ metallization ของ p+ poly-Si ทำได้ยากกว่าเนื่องจากข้อจำกัดในการขนส่งโฮลและปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอกว่าระหว่างซิลเวอร์เพสต์ทั่วไปกับ p+ poly-Si

ข้อมูลกระบวนการที่รายงานรวมถึงการออกซิเดชันด้านหลังในแหล่งผลิตที่ 650°C ชั้น SiOx ขนาดกลางประมาณ 1 นาโนเมตร การโด๊ปโบรอนที่ 1 × 10²⁰ cm⁻³ ความเป็นผลึก 98% หลังการอบอ่อนล่วงหน้าที่ 1050°C ค่า Voc โดยนัยที่ 747 mV และความต้านทานคอนแทคที่ 0.55 mΩ·cm² โดยใช้เพสต์ที่ปรับเปลี่ยนด้วยโลหะอัลคาไลร่วมกับผงเงินหยาบ

รายละเอียดหนึ่งที่มองข้ามได้ง่าย ชั้น p+ poly-Si ด้านนอกหนา 90 นาโนเมตร หนากว่าชั้นด้านนอกของ n-TOPCon ประมาณ 60 นาโนเมตรถึง 50%

นี่ไม่ใช่การเพิ่มขึ้นตามอำเภอใจ โบรอนมีความสามารถในการละลายใน poly-Si ต่ำกว่าฟอสฟอรัส ดังนั้นส่วนที่โด๊ปหนักจึงต้องการความหนามากขึ้นเพื่อลดความต้านทานสัมผัส ในขณะเดียวกัน ขั้นตอนการอบอ่อนก่อนที่ 1050°C จะขับโบรอนเข้าด้านใน ชั้นที่หนาขึ้นช่วยป้องกันโบรอนทะลุและทำลายชั้น SiOx ด้านล่าง

นั่นตรงกันข้ามกับกลยุทธ์ของ n-TOPCon ซึ่งชั้นด้านนอกสามารถบางกว่าและเป็นอสัณฐานมากกว่า

ด้านหน้า: กลยุทธ์ 430 Ω/□ ถูกแทนที่ด้วยการแปลเป็นตำแหน่ง

คำถามที่เหลือจากการศึกษาก่อนหน้านี้คือว่ากลยุทธ์อิมิตเตอร์โบรอนความต้านทานสูง 430 Ω/□ จะยังคงใช้ได้กับหน้าสัมผัสด้านหน้าแบบ fingered n-TOPCon หรือไม่

คำตอบจากเซลล์ 26.34% ชัดเจน: ไม่ใช้ การออกแบบเปลี่ยนไปใช้แนวทางอื่น

เซลล์ 26.66% ใช้ตัวปล่อยด้านหน้าแบบกระจายโบรอนแบบดั้งเดิมที่มีความต้านทานแผ่น 430 Ω/□ เส้นโลหะละเอียดประมาณ 10 μm ชดเชยการนำไฟฟ้าด้านข้างที่อ่อนกว่า

เซลล์ 26.34% จะลบตัวปล่อยโบรอนด้านหน้าแบบดั้งเดิมและแทนที่ด้วย นิ้ว n-TOPCon ที่มีลวดลายกว้างประมาณ 210 μm โดยเหลือ poly-Si ไว้ใต้บริเวณสัมผัสโลหะเท่านั้น.

กลไกการลดการรวมตัวกันจึงเปลี่ยนจากการเจือจางความเข้มข้นของสารเจือปนผ่านความต้านทานแผ่นสูงไปเป็นการลดพื้นที่ที่ปกคลุมด้วย poly-Si

• พื้นผิวถูกปรับเปลี่ยนก่อน โอโซนและ HF ถูกใช้เพื่อทำให้ปลายพีระมิดมน ซึ่งช่วยลดการพาสซีฟที่ไม่ดีและการกัดกร่อนของซิลเวอร์เพสต์รอบยอดพื้นผิวที่แหลมคม

• สนามความร้อนแบบเกรเดียนต์ (GTF) ถูกนำมาใช้ใน LPCVD ค่าความกว้างครึ่งหนึ่งสูงสุดของรามานถึง 8.4 cm⁻¹ ค่าที่ต่ำกว่าบ่งชี้ถึงความเป็นผลึกที่ดีกว่า สนามความร้อนแบบเกรเดียนต์ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิทั้งด้านข้างและแนวตั้ง และเพิ่มความเป็นผลึกของ n+ poly-Si

• การเจือฟอสฟอรัสถึง 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ ซึ่งสูงกว่าความเข้มข้นของฟอสฟอรัสที่ใช้ในหน้าสัมผัสด้านหลัง 26.66% ประมาณหนึ่งลำดับความสำคัญ นิ้ว n+ ด้านหน้าถูกออกแบบมาเพื่อการนำไฟฟ้ามากกว่าการพาสซีฟเต็มพื้นที่ งานพาสซีฟส่วนใหญ่ดำเนินการโดยหน้าสัมผัส p-TOPCon ด้านหลังแบบเต็มพื้นที่

• ความกว้างของนิ้วประมาณ 210 μm poly-Si ยังคงอยู่ใต้โลหะ ในขณะที่พื้นที่พื้นผิวที่ไม่สัมผัสถูกปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ถูกปกคลุม ซึ่งช่วยลดการดูดกลืนปรสิตด้านหน้าอย่างมากเมื่อเทียบกับหน้าสัมผัส poly-Si แบบเต็มพื้นที่

แนวทาง 430 Ω/□ อยู่ในยุคของตัวปล่อยโบรอน ในโครงสร้าง n-TOPCon แบบมีนิ้ว การรวมตัวกันถูกควบคุมผ่าน การปกคลุม poly-Si เฉพาะจุด, พื้นผิวที่โค้งมน และความเป็นผลึกที่ดีขึ้นจาก GTF-LPCVDแทนที่จะเพิ่มความต้านทานแผ่นเพียงอย่างเดียว

สิ่งนี้ช่วยอธิบายว่าเซลล์ 26.34% มี Voc 743.2 mV ซึ่งใกล้เคียงกับ 744.6 mV ที่รายงานสำหรับเซลล์ 26.66% ในขณะที่ยังมี Jsc ที่สูงกว่าได้อย่างไร หน้าสัมผัสด้านหน้าเฉพาะจุดช่วยลดการดูดกลืนปรสิตที่จะยังคงอยู่ในโครงสร้าง poly-Si ด้านหน้าแบบเต็มพื้นที่

การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกันของการออกแบบพี่น้อง 26% สองแบบ

หน้าสัมผัส SiOx/poly-Si สองชั้นด้านหลัง

การเปรียบเทียบด้านหน้า

สิ่งที่บทความทั้งสองกล่าวเกี่ยวกับการพัฒนาคอนแทคด้านหลังที่มากกว่า 26%

ข้อความที่รวมกันค่อนข้างตรงไปตรงมา

ที่ระดับ 25% จุดสนใจคือพฤติกรรมของรูพรุนในชั้นออกไซด์ ที่ระดับ 26% การพัฒนาเคลื่อนไปสู่โครงสร้าง SiOx/โพลี-Si สองชั้นและวิศวกรรมโลหะการ ที่มากกว่า 26.3% เส้นทางเริ่มแยกออก: คอนแทคด้านหลัง n-TOPCon มุ่งสู่การทำงานร่วมกันทางไฟฟ้าแบบสองหน้า ในขณะที่คอนแทคด้านหลัง p-TOPCon เคลื่อนไปสู่รูปแบบรอยต่อด้านหลังที่มีฟิงเกอร์ด้านหน้าเฉพาะที่ แบบหลังใกล้เคียงกับสถาปัตยกรรม BC-TOPCon บางส่วนแล้ว

ชั้น SiOx กลางที่ใช้ป้องกันการซึมผ่านของเงินเป็นคุณสมบัติร่วมกันของการออกแบบคอนแทคด้านหลังสองชั้นทั้งสองแบบ อย่างไรก็ตาม ด้าน p-TOPCon ต้องแก้ปัญหาเพิ่มเติมสามประการ:

• จำเป็นต้องมีขั้นตอนการอบอ่อนล่วงหน้าที่ 1050°C เพื่อกระตุ้นโบรอน เพิ่มความเป็นผลึก และระงับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับรอยต่อของโบรอน

• จำเป็นต้องใช้ซิลเวอร์เพสต์ที่ดัดแปลงด้วยโลหะอัลคาไลออกไซด์เพื่อจัดการกับโลหะการที่ยากของ p+ โพลี-Si

• การขัดและทำให้พื้นผิวด้านหลังเรียบมีความสำคัญมากขึ้น เนื่องจาก p-TOPCon มีความไวต่อพื้นผิวและผลกระทบต่อ J₀ มากกว่า

ปัญหาเหล่านี้ไม่ใช่ประเด็นหลักในการออกแบบ n-TOPCon ที่ 26.66% พูดง่ายๆ คือ คอนแทค p-TOPCon สองชั้นผลิตได้ยากกว่าคอนแทค n-TOPCon แต่เมื่อควบคุมกระบวนการได้แล้ว อาจให้ศักยภาพ Voc ที่สูงกว่า

คอนแทคด้านหลัง p-TOPCon สองชั้นในเซลล์ที่ 26.34% มี implied Voc ที่ 747 mV สูงกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับระดับ implied Voc โดยรวมที่ประมาณไว้สำหรับการออกแบบที่ 26.66%

พารามิเตอร์สายการผลิตที่สามารถนำไปใช้ได้โดยตรง

1. ปรับปรุงการขัดและทำให้พื้นผิวด้านหลังเรียบ สายการผลิต p-TOPCon ไม่ควรมองว่าการขัดด้านหลังเป็นกระบวนการที่ต้อง "ดีพอ" เท่านั้น การทำให้พื้นผิวเรียบมีอิทธิพลต่อ J₀ ของคอนแทค p-TOPCon สองชั้นมากกว่าคอนแทค n-TOPCon

2. สร้างชั้น SiOx กลางในแหล่งกำเนิดที่ประมาณ 1 นาโนเมตร การคัดลอกเทอร์มอลออกไซด์ 1.5 นาโนเมตรที่ใช้ในโครงสร้าง n-TOPCon 26.66% อาจลดการทันเนลและทำให้ FF ลดลงในด้าน p-type

3. แนะนำขั้นตอนการอบอ่อนก่อนที่อุณหภูมิ 1050°C หากไม่มีการบำบัดนี้ การกระตุ้นโบรอนและความเป็นผลึก 98% จะทำได้ยาก ทำให้ Voc โดยนัยที่ 747 mV ไม่น่าเป็นไปได้

4. ใช้ซิลเวอร์เพสต์ที่ดัดแปลงด้วยโลหะอัลคาไลออกไซด์ สูตรที่รายงานใช้ Na₂O/K₂O 4% โดยน้ำหนักและผงเงินหยาบ ความต้านทานสัมผัส 0.55 mΩ·cm² เป็นเป้าหมายที่ยากสำหรับด้าน p-TOPCon เพสต์ทั่วไปอาจทำให้ความต้านทานอนุกรมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่หน้าสัมผัส p+

5. ควบคุมความกว้างของฟิงเกอร์ด้านหน้าที่ประมาณ 210 μm ความแม่นยำของการสร้างลายเลเซอร์ต้องสอดคล้องกับรูปทรงหน้าสัมผัสที่แคบลง การลดความกว้างของฟิงเกอร์ลงอีกอาจลดการดูดกลืนปรสิตอีกครั้ง แต่ความเสียหายจากเลเซอร์ต่อชั้นซ้อนสองชั้นจะต้องได้รับการประเมินใหม่

คำถามถัดไปสำหรับ BC-TOPCon

โครงสร้าง 26.34% ที่มีฟิงเกอร์ n-TOPCon ด้านหน้าและหน้าสัมผัสด้านหลัง p-TOPCon สองชั้นแบบเต็มพื้นที่ เป็นเวอร์ชันบางส่วนของ BC-TOPCon

ขั้นตอนต่อไปตามตรรกะคือการทำให้หน้าสัมผัส p-TOPCon ด้านหลังเป็นแบบเฉพาะจุดเช่นกัน โดยจัดเรียงฟิงเกอร์ชนิด p และฟิงเกอร์ชนิด n ด้านหลังในรูปแบบสลับฟันปลา ซึ่งจะสร้างโครงสร้าง BC-TOPCon ที่แท้จริง

สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามใหม่ ชั้น SiOx กลางในหน้าสัมผัส p-TOPCon ด้านหลังแบบเฉพาะจุดควรเป็น SiO₂ บริสุทธิ์หรือควรแทนที่ด้วย SiOx ที่เจือไนโตรเจนตามแนวทางแบบ OGO เพื่อเสริมสร้างการพาสซิเวชันสนาม? อีกทางเลือกหนึ่งคือ ชั้นซ้อน AlOx/SiOxโดยใช้เอฟเฟกต์สนามของอะลูมิเนียมออกไซด์ร่วมกับหน้าสัมผัส SiOx/poly-Si สองชั้น

การศึกษา 26.34% ไม่ได้สำรวจประเด็นนี้เนื่องจากหน้าสัมผัส p-TOPCon ด้านหลังยังคงเป็นแบบเต็มพื้นที่และไม่ขึ้นอยู่กับการพาสซิเวชันสนามแบบเฉพาะจุด อย่างไรก็ตาม เมื่อหน้าสัมผัสชนิด p ด้านหลังกลายเป็นแบบฟิงเกอร์ การรวมกันของการพาสซิเวชันสนาม AlOx และโครงสร้าง SiOx/poly-Si สองชั้นอาจกลายเป็นตัวเลือกขั้นตอนถัดไปที่สำคัญ

นอกจากนี้ยังมีคำถามเกี่ยวกับกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับแทนเดม เซลล์ล่างที่ใช้ในแทนเดม 32.73% มีพื้นผิวด้านหน้าที่เป็นเท็กซ์เจอร์ การจำลองในรูปที่ 1 ระบุว่าการกำหนดค่า TOPCon แบบฟิงเกอร์สองด้านอาจมีศักยภาพแทนเดมสูงกว่าโครงสร้าง TOPCon สองด้านแบบเต็มพื้นที่

แต่ควรควบคุมความสม่ำเสมอของโฟโตลูมิเนสเซนซ์บนพื้นผิวด้านหน้าที่มีพื้นผิวเป็นลายหยาบและมีนิ้ว n-TOPCon เฉพาะจุดอย่างไร? พลังงานเลเซอร์ที่มากเกินไปอาจทำให้ปลายพีระมิดไหม้หรือแบนราบเฉพาะจุด ซึ่งอาจกินส่วนหนึ่งของหน้าต่างกระบวนการที่เกิดจากการปรับสภาพพีระมิดให้โค้งมน

จากการศึกษาทั้งสามชิ้น—ตั้งแต่เซลล์ Das Solar 25.4% ไปจนถึงเซลล์ 26.66% และ 26.34%—ตรรกะของหน้าสัมผัสด้านหลังได้พัฒนาไปสามรุ่น: การควบคุมรูพรุนของออกไซด์, การป้องกันสองชั้นต่อการทะลุของเงิน, และสุดท้ายคือ p-TOPCon สองชั้นรวมกับโลหะที่ปรับเปลี่ยนด้วยโลหะอัลคาไล

มุมมองของ Ooitech

หน้าต่างกระบวนการคือคอขวดที่แท้จริงที่นี่ เมื่อ p-TOPCon ย้ายจากหน้าสัมผัสด้านหลังแบบเต็มพื้นที่ไปสู่นิ้ว BC เฉพาะจุด ความต้านทานสัมผัส, ความเสียหายจากเลเซอร์, การกระตุ้นโบรอน และการพาสซิเวชันแบบสนามไฟฟ้าจะต้องถูกปรับให้เหมาะสมเป็นระบบที่เชื่อมโยงกัน ชั้น SiOx กลางที่บางกว่าอาจช่วยปกป้อง FF แต่ก็เหลือระยะขอบน้อยลงต่อการทะลุของเงินและความเสียหายที่อินเทอร์เฟซที่เกิดจากโบรอน ผลลัพธ์ที่มีประโยชน์ต่อไปคือผลลัพธ์ที่แสดงให้เห็นหน้าต่างการรวมระบบที่สมบูรณ์นี้บนเวเฟอร์ขนาดการผลิต ไม่ใช่แค่ค่าประสิทธิภาพสูงสุดเท่านั้น

การอ่านเพิ่มเติมและข้อมูลพื้นฐาน

เอกสารอ้างอิงสาธารณะเกี่ยวกับหัวข้อนี้ จัดพิมพ์โดยองค์กรที่ดูแลแผนงานเทคโนโลยีและข้อมูลตลาดของอุตสาหกรรม:

• VDMA — แผนงานเทคโนโลยีระหว่างประเทศสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ (ITRPV)
• Fraunhofer ISE — รายงานเซลล์แสงอาทิตย์
• pv magazine — ข่าวอุตสาหกรรม PV ระดับโลกและเนื้อหาทางเทคนิค