ซิลเวอร์เพสต์ "กัดทะลุ" โพลีซิลิคอนที่ด้านหลังของ TOPCon ได้อย่างไร

บทนำ

ครั้งที่แล้วเราพูดถึงซิลเวอร์เพสต์ด้านหน้า ประเด็นหลักคือ "เผาทะลุ" ทำไมกระบวนการเลเซอร์เดียวถึงสามารถบังคับให้เปลี่ยนซิลเวอร์เพสต์ด้านหน้าทั้งหมดได้?

ด้านหลังกลับตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง

ซิลเวอร์ยังต้องเข้าไป แต่เมื่อเข้าไปแล้ว มันต้องหยุดทันที

เพราะว่าด้านหน้า ถ้าซิลเวอร์ไม่เผาทะลุ ความต้านทานคอนแทกต์จะไม่ลดลง แต่ด้านหลัง ถ้าซิลเวอร์เผาลึกเกินไป มันจะทะลุผ่านส่วนที่มีค่าที่สุดของ TOPCon — คอนแทกต์แบบพาสซิเวต

ดังนั้นการทำโลหะด้านหน้าคือ "ทำอย่างไรให้เข้าไป" ส่วนการทำโลหะด้านหลังคือ "ทำอย่างไรให้หยุดเมื่อเข้าไปแล้ว"

บทความนี้จะเจาะลึกด้านหลังทั้งหมด: ทำไมซิลเวอร์ "กัดทะลุ" poly-Si เกิดอะไรขึ้นเมื่อมันทะลุ และการออกแบบ poly-Si สองชั้นล่าสุดสร้างถนนให้ซิลเวอร์ที่บอกว่า "หยุดเมื่อมาถึง" ได้อย่างไร

ดูลักษณะด้านหลังก่อน

โครงสร้างด้านหลังจริงมีลักษณะอย่างไร

จากด้านนอกเข้าไปด้านใน โครงสร้างด้านหลังของ TOPCon เรียงประมาณนี้: ชั้นป้องกัน SiNx (ผู้ผลิตบางรายทำ ALD สองด้านและเพิ่มชั้น AlOx ที่ด้านหลังด้วย), poly-Si, ทันเนลออกไซด์ และใต้ลงไปคือซับสเตรตซิลิคอนชนิด n

ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดจากด้านหน้าคือชั้นล่างสุด — ทันเนลออกไซด์ ซึ่งหนาเพียงประมาณ 1–1.5 นาโนเมตร มันคือเส้นชีวิตของการพาสซิเวชันด้านหลังทั้งหมด คุณค่าของการพาสซิเวชันทั้งหมดของ poly-Si ขึ้นอยู่กับฟิล์มนี้ที่ต้องคงสภาพสมบูรณ์

ขอบเขตงานของซิลเวอร์เพสต์ด้านหลังก็แตกต่างจากด้านหน้าเช่นกัน การเผาทะลุชั้นป้องกัน SiNx ไม่สามารถข้ามได้ — นั่นคือตั๋วเข้าประตู เหมือนกับด้านหน้า แต่เป้าหมายคอนแทกต์ของมันอยู่ภายใน poly-Si poly-Si ถูกโดปอย่างหนัก มันเป็นชั้นนำไฟฟ้าได้เอง เมื่อซิลเวอร์ไปถึง poly-Si และเกิดคอนแทกต์ งานก็เสร็จสิ้น

จากนั้นมันต้องหยุด

หากเงินยังคงไหลลงไป ผ่านออกไซด์ของอุโมงค์และเข้าไปในซับสเตรตซิลิคอน — คอนแทคแบบพาสซิเวตจะตายทันที ศูนย์รวมการรวมตัวใหม่จะปรากฏขึ้นทั่วอินเทอร์เฟซ Voc ลดลง และรากฐานของเซลล์นี้จะพังทลาย

หมายเหตุข้างสายการผลิต: ชั้น AlOx ด้านหลังยังคงเป็นตัวเลือกในตอนนี้ และผู้ผลิตหลายรายข้ามไป แต่เมื่อโครงสร้างเฉพาะที่ เช่น poly finger ด้านหลังและโครงสร้างอื่นๆ พัฒนาขึ้น ความต้องการพาสซิเวชันในบริเวณที่ไม่มีการเมทัลไลซ์จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และชั้นพาสซิเวชันแบบไดอิเล็กทริก เช่น AlOx จะมีความสำคัญมากขึ้นอย่างชัดเจน ดังนั้น ชั้นฟิล์มที่ดูเหมือน "ไม่จำเป็น" ในวันนี้อาจกำลังสำรองอินเทอร์เฟซสำหรับโครงสร้าง poly-Si เฉพาะที่รุ่นถัดไป อ่านวิวัฒนาการนั้น แล้วคุณจะเห็นว่าการออกแบบฟิล์มด้านหลังกำลังปูทางสำหรับขั้นตอนถัดไป

poly-Si ชั้นเดียว — ทำไมมันไม่สามารถรักษาแนวรับไว้ได้

ก่อนอื่น เงิน "กัด" เข้าไปได้อย่างไร

ส่วนด้านหน้าอธิบายไว้แล้ว: ระหว่างการเผา เงินละลายในเฟสแก้วหลอมเหลวและเคลื่อนที่ไปพร้อมกับแก้ว ที่ด้านหลัง กลไกนี้ยังคงทำงานต่อไป — ความแตกต่างคือ อีมิตเตอร์ด้านหน้าต้อนรับการแทงของเงิน แต่ poly-Si ด้านหลังไม่สามารถทนต่อการที่เงินลึกลงไปได้

ปัญหาของ poly-Si ชั้นเดียวคือโครงสร้าง: มันสร้างจากเกรน และขอบเกรนวิ่งจากบนสุดถึงล่างสุด ขอบเกรนเป็นช่องทางเร็วหลักสำหรับเงินที่จะเคลื่อนที่เข้าสู่ส่วนลึกของ poly-Si

เมื่อเงินเคลื่อนที่ลงไปตามขอบเกรนและไปถึงใกล้กับออกไซด์ของอุโมงค์ มันสามารถกระตุ้นความเสียหายเฉพาะที่หรือสร้างเส้นทางการทะลุของโลหะ ในที่สุดนำเงินเข้าไปในซับสเตรตซิลิคอน — และจากช่วงเวลานั้น พื้นฐานทางกายภาพของคอนแทคแบบพาสซิเวตก็หายไป

นี่ไม่ใช่การคาดเดา แต่เป็นการสังเกตที่บันทึกไว้ ในเอกสาร 26.66% ที่ตีพิมพ์ใน Nature Energy โดยสถาบันวัสดุหนิงโปและ JinkoSolar HAADF และ HR-TEM ให้การตรวจร่างกายอย่างเต็มรูปแบบกับอินเทอร์เฟซการเผาของตัวอย่าง poly-Si ชั้นเดียว: อนุภาคนาโนเงินปรากฏกระจายอยู่ภายในซับสเตรตซิลิคอน โดยมีร่องรอยเงินวิ่งจาก poly-Si เข้าไปในซับสเตรต ออกไซด์ของอุโมงค์ยังคง intact แต่ไม่ได้หยุดเงิน — อุปสรรคเดียวไม่สามารถหยุดเงินที่ไหลลงไปตามขอบเกรนได้

การออกแบบสองชั้น: ไม่ได้ปิดกั้นอย่างเด็ดขาด แต่เปิดประตูไว้

ส่วนที่ขัดกับสัญชาตญาณของวิธีแก้ปัญหาในเอกสาร: แทนที่จะปิดกั้นซิลเวอร์เดด พวกเขาสร้างถนนให้ซิลเวอร์ที่เขียนว่า "หยุดเมื่อถึงปลายทาง"

ด้านหลังถูกสร้างด้วยชั้นโพลี-Si สองชั้น รวมประมาณ 100 นาโนเมตร แต่ละชั้นทำหน้าที่ของตัวเอง นี่อธิบายโครงสร้าง bilayer เฉพาะที่ใช้ในบทความ ไม่ใช่ทุก bilayer poly-Si จะเป็นไปตามการกำหนดค่า 60/40 นาโนเมตร แบบโดปหนัก/โดปเบานี้

ชั้นนอก 60 นาโนเมตร โดปหนัก ส่วนใหญ่เป็นอสัณฐาน — ห้องรับรอง มีขอบเกรนจำนวนมาก ความเข้มข้นฟอสฟอรัสสูง ซิลเวอร์เดินเข้าได้อย่างอิสระ เมื่อถึงตำแหน่ง มันจะสร้างหน้าสัมผัสโอห์มิกกับโพลี-Si ที่โดปหนัก นี่คือบทบาท "นำไฟฟ้า": ต้องเกิดหน้าสัมผัส กระแสต้องไหลออก

ชั้นใน 40 นาโนเมตร โดปเบา มีความเป็นผลึกสูง — ประตู มีความเป็นผลึกสูง ความหนาแน่นขอบเกรนต่ำ ซิลเวอร์ไม่มีทางไปต่อเมื่อมาถึงที่นี่ นี่คือชั้นโครงสร้างที่ทำหน้าที่ "ปิดกั้น"

ทันเนลออกไซด์ — สิ่งกีดขวางทางเคมีสุดท้าย มันไม่เพียงแต่บางทางกายภาพ ที่สำคัญกว่านั้น มันเปลี่ยนเงื่อนไขที่อินเทอร์เฟซสำหรับซิลเวอร์ที่จะเคลื่อนที่ต่อไปยังซับสเตรตซิลิคอนและสร้างเฟสโลหะที่เสถียร เมื่อซิลเวอร์ถูกหยุดใกล้โพลี-Si ที่มีความเป็นผลึกสูงและอินเทอร์เฟซ SiOx การสร้างเส้นทางการทะลุของโลหะลงไปถึงซับสเตรตจะยากขึ้นมาก

ดังนั้น "เบรก" ที่แท้จริงไม่ได้ทำโดยชั้นใดชั้นหนึ่งเพียงลำพัง มันคือ โพลี-Si ที่มีความเป็นผลึกสูง + ทันเนลออกไซด์ ร่วมกันที่สร้างแนวป้องกันสุดท้าย

การเปรียบเทียบ HR-TEM ทำให้เห็นภาพชัดเจน: ในตัวอย่างชั้นเดียว ซิลเวอร์ทะลุเข้าไปในซับสเตรตเป็นจุดกระจาย ในตัวอย่าง bilayer หลังจากซิลเวอร์เจาะทะลุชั้นนอกส่วนใหญ่ มันถูกบังคับโดยชั้นในให้เป็น "รูปชาม" — มันแพร่กระจายไปด้านข้างแต่ไม่สามารถลงไปต่อได้

ผลกระทบก็ตรงไปตรงมาเช่นกัน: แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดโดยนัยเพิ่มขึ้นจาก 752 mV เป็น 757 mV เบื้องหลังการเพิ่มขึ้น 5 mV นั้นคือข้อเท็จจริงหลักหนึ่งประการ — การทะลุของซิลเวอร์ถูกยับยั้งอย่างชัดเจน และพาสซิเวชันถูกคงไว้ 5 mV นี้ไม่ได้ถูก "สร้าง" มันถูก "รักษาไว้" — แรงดันไฟฟ้าที่มิฉะนั้นจะสูญหายไป

หนึ่งประโยคที่สรุปการออกแบบนี้: ปัญญาในการปิดกั้นซิลเวอร์ไม่ได้อยู่ที่ "การอุด" แต่อยู่ที่ "การแบ่งชั้น" — ผู้ต้อนรับทำหน้าที่ต้อนรับ ผู้รักษาประตูรักษาประตู ชั้นนอกจัดการสร้างหน้าสัมผัส ชั้นในรักษาเส้นตาย และทันเนลออกไซด์เป็นตัวสำรองจุดหยุดสุดท้าย

ผลตอบแทน ต้นทุน และตำแหน่งในอุตสาหกรรม

ก่อนอื่นผลตอบแทน: Voc,i +5 mV เสาหลักด้านหลังของประสิทธิภาพที่ได้รับการรับรอง 26.66% นี้คือโครงสร้าง bilayer นี้โดยเฉพาะ

ตอนนี้ต้นทุน ตรงไปตรงมา: การสะสมเพิ่มอีกหนึ่งครั้ง อินเทอร์เฟซเพิ่มอีกหนึ่งอัน ความซับซ้อนและต้นทุนของกระบวนการที่เพิ่มขึ้นนั้นมีจริง และบทความเองก็ยอมรับว่าชั้นนอกไม่ได้หยุดเงิน 100% — ประตูสุดท้ายนั้นอาศัยการรวมกันของ poly-Si ชั้นในบวกกับ tunnel oxide

บนแผนที่อุตสาหกรรม นี่ไม่ใช่เรื่องครั้งเดียว JinkoSolar ที่ได้รับการรับรองก่อนหน้านี้ 26.35% bifacial TOPCon ใช้โครงสร้าง bilayer SiOx/poly-Si บวกกับการปรับเปลี่ยนแบบเลือกด้วยเลเซอร์พัลส์อัลตราไวโอเลต และทีมวิชาการมากกว่าหนึ่งทีมกำลังทำงานกับ poly-Si แบบสองชั้นและสามชั้น การจัดชั้นฟังก์ชันของ poly-Si คือทิศทางที่อุตสาหกรรมกำลังมุ่งหน้าไป — เบื้องหลังคือตรรกะเดียวกัน: แยกงานสองอย่างของ "หน้าสัมผัส" และ "passivation" ออกจากฟิล์มเดียว และมอบให้แต่ละชั้นของมันเอง

ควรแยกความแตกต่างตรงนี้: แม้จะมี bilayer poly-Si เดียวกัน สถิติล่าสุดสองรายการนี้ใช้มันต่างกัน ในบทความ Jinko 26.35% (Yangzhou University + Jinko, EES) โครงสร้าง bilayer จับคู่กับการปรับเปลี่ยนด้วยเลเซอร์พัลส์อัลตราไวโอเลตกับการกัดแบบเปียกเพื่อทำให้ poly-Si ชั้นนอกบางลงอย่างเลือกสรรในบริเวณด้านหลังที่ไม่มีการทำโลหะ — เป้าหมายคือลดการดูดกลืนปรสิตและเพิ่ม bifaciality นั่นคือ "ปัญหาทางแสง" บทความ Ningbo 26.66% มุ่งเป้าโครงสร้าง bilayer ไปที่การบล็อกเงินและการรักษา passivation นั่นคือ "ปัญหาทางไฟฟ้า" Bilayer poly-Si เป็นเหมือนแพลตฟอร์ม — ทีมต่างกันแก้ปัญหาต่างกันบนมัน แต่ทิศทางเหมือนกัน: ให้แต่ละชั้นทำงานเพียงอย่างเดียว ในรายการของทีม Ye Jichun เองเกี่ยวกับกลไกการเพิ่มประสิทธิภาพขั้นถัดไปสำหรับ TOPCon โครงสร้าง bilayer poly-Si และ polysilicon เฉพาะที่ (poly finger) อยู่ด้านหน้าพอดี — บทความนี้ Nature Energy เพิ่งเปลี่ยนรายการแรกในรายการนั้นให้เป็นสถิติ

ยังต้องสาดน้ำเย็น: สถิติเหล่านี้ทั้งหมดทำบนอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ บทความพูดเอง จากห้องปฏิบัติการไปยังสายการผลิตจำนวนมาก ผลผลิต เวลารอบ ต้นทุน — ทุกประตูต้องผ่านอีกครั้ง

หนึ่งตารางเพื่อทำให้ชัดเจน

สามประเด็นที่ต้องส่งต่อให้ทีมงานสายการผลิต

ประการแรก โรคด้านหลังและโรคด้านหน้าแสดงออกผ่านพารามิเตอร์ที่ต่างกันสองตัว เมื่อด้านหน้ามีปัญหา มักจะแสดงที่ FF (ความต้านทานการสัมผัส) เมื่อด้านหลังมีปัญหา มักจะแสดงที่ Voc (การพาสซิเวชันถูกทะลุ) เมื่อคุณไล่ตามความผิดปกติของ Voc นอกจากการตรวจสอบกระบวนการพาสซิเวชันแล้ว อุณหภูมิการเผาและโครงสร้างโพลี-Si ควรอยู่ในรายการตรวจสอบด้วย

ประการที่สอง ระยะทางที่เงินเดินทางถูกกำหนดโดยโครงสร้าง การเผาเพียงควบคุมคันเร่ง เงินจะลึกลงไปแค่ไหน ต้นทางคือการออกแบบโครงสร้างโพลี-Si: ชั้นเดียวหรือสองชั้น ความเป็นผลึกสูงหรือต่ำ การไล่ระดับความเข้มข้นของการโดป ถ้โครงสร้างไม่มีการป้องกัน ไม่ว่าการปรับการเผาจะละเอียดแค่ไหนก็ช่วยไม่ได้

ประการที่สาม การแบ่งชั้นเป็นแนวโน้ม จับตาดูโครงสร้างรองรับอย่างใกล้ชิด การแบ่งชั้นฟังก์ชันของโพลี-Si, โพลีฟิงเกอร์ด้านหลัง, AlOx ที่เปลี่ยนจากตัวเลือกเป็นสิ่งจำเป็น — วิวัฒนาการเหล่านี้เชื่อมโยงกันทั้งหมด เมื่อวางแผนกระบวนการ อย่ามองแค่ขั้นตอนเดียว ดูทิศทางที่โครงสร้างกำลังพัฒนา

ดังนั้น ตัวขับเคลื่อนประสิทธิภาพที่แท้จริงในเมทัลไลเซชันของ TOPCon ไม่ใช่การเผาเงินให้ "แรงขึ้น" แต่คือการรู้ว่าเงินควรไปสิ้นสุดที่ใด

ด้านหน้า: ให้มันเข้าไปอย่างแม่นยำ ด้านหลัง: ให้มันหยุดอย่างแม่นยำ

และก้าวต่อไปคือการทำให้ตัวเงินเองน้อยลงเรื่อยๆ

มุมมองของ Ooitech

ส่วนที่มักทำให้เราเจ็บตัวบนหน้างานคือ ปัญหา Voc มักไม่ค่อยมาจากสาเหตุเดียว การที่ Voc ด้านหลังไม่ฟื้นตัวไม่ว่าจะปรับจูนช่วงการเผาอย่างไร มักเป็นเรื่องของโครงสร้าง ไม่ใช่เรื่องของเพสต์ และ bilayer poly-Si ก็คือการที่อุตสาหกรรมยอมรับในเรื่องนี้โดยพื้นฐาน ควรจำไว้ว่าตัวเลขเหล่านี้ยังมาจากเครื่องมือในห้องแล็บ ดังนั้นการข้ามไปสู่สายการผลิตจริงคือจุดที่ผลผลิตและรอบเวลาจะเป็นตัวชี้ขาด หากคุณชอบการวิเคราะห์ระดับเซลล์แบบนี้ ช่อง YouTube ที่ www.youtube.com/ooitech มีเนื้อหาเพิ่มเติมจากภายในสายการผลิตโมดูลจริง