Zaidi ya Ufanisi wa 26.3%, Ni Nini Kilichobaki Kuboresha Nyuma? Mawasiliano ya Nyuma ya aina-n Yatafuta Ushirikiano wa Pande Mbili, Wakati Mawasiliano ya Nyuma ya aina-p Yanaelekea Kuelekea Bac
Jedwali la Yaliyomo
Zaidi ya Ufanisi wa 26.3%, Ni Nini Kilichobaki Kuboresha Nyuma?
“Lao Zhang, seli ya 26.66% ilitumia muundo kamili wa nyuma wa p-type TOPCon. Katika karatasi ya 26.34%, mbele ilibadilishwa kuwa vidole vya n-TOPCon vilivyojanibishwa, wakati nyuma ikawa mawasiliano kamili ya p-TOPCon. Je, safu-mbili ya SiOx/poly-Si bado ni sawa?”
Hilo lilikuwa swali la ufuatiliaji kutoka kwa timu yetu ya mchakato baada ya kumaliza kujadili seli ya 26.66% jana.
Muundo wa msingi wa safu-mbili ya nyuma karibu umeigwa kutoka kwa muundo wa 26.66%, lakini upande wa p-TOPCon unaingiza vitufe vitatu vya marekebisho ambavyo seli ya 26.66% haikugusa. Mkakati wa upande wa mbele pia ni tofauti kabisa. Unahama kutoka kwa emitter ya boroni yenye upinzani wa juu wa 430 Ω/□ na kuelekea vidole vya n-TOPCon vilivyojanibishwa. Hizi ni njia mbili tofauti sana za kupunguza ujumuishaji.
Karatasi ya 26.34% ya Gao K. et al. inaweza kuchukuliwa kama utafiti wa dada wa back-junction wa kazi ya 26.66%. Kusoma hizo mbili pamoja kunatoa picha wazi zaidi ya kile kinachohitajika kukaribia ufanisi wa 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
Nambari Tatu Nyuma ya Seli ya 26.34%
Ufanisi wa makutano moja: 26.34% kwenye 335.5 cm², kwa Voc ya 743.2 mV, FF ya 85.0% na Jsc ya 41.69 mA/cm².
Ufanisi wa tandem: 32.73%, kwa kutumia seli ya juu ya perovskite ya 1.68 eV. Voc ya tandem ilifikia 1.961 V, wakati 80% ya utendaji wa awali ulibaki baada ya saa 2,000 za ufuatiliaji wa MPP.
Ufafanuzi wa muundo: vidole vya mbele vya n-TOPCon vilivyowekwa ndani katika mpangilio wa makutano ya nyuma, pamoja na mguso wa nyuma wa safu-mbili ya p-TOPCon eneo-kamili. Hii kimsingi ni ubadilishaji wa kioo wa TOPCon ya kawaida, ambayo kwa kawaida hutumia emitter ya boroni mbele na mguso wa nyuma wa n-TOPCon.
Mguso wa Nyuma wa Safu-Mbili: Mfupa Huo Huo, lakini Vipini vitatu tofauti vya Mchakato
Mguso wa nyuma wa 26.66% hutumia SiOx / poly-Si n+ iliyochangwa kidogo / SiOx / poly-Si n+ iliyochangwa sana, na fosforasi kama dopanti.
Mguso wa nyuma wa 26.34% hutumia SiOx / poly-Si p+ kwa 36 nm / SiOx / poly-Si p+ kwa 90 nm, na boroni kama dopanti.
Miundo yote miwili inafuata mpangilio huo wa msingi: SiOx ya chini, poly-Si ya ndani, SiOx ya kati na poly-Si ya nje. Toleo la p-TOPCon, hata hivyo, linapaswa kukabiliana na tatizo la muda mrefu.
p-TOPCon daima imekabiliwa na biashara kati ya upitishaji na mguso. Boroni inaweza kuzalisha kasoro nyingi kwenye kiolesura cha Si/SiO₂ kuliko fosforasi, wakati uwekaji wa metali kwenye p+ poly-Si ni mgumu zaidi kwa sababu ya mapungufu ya usafirishaji wa mashimo na mwingiliano dhaifu kati ya paste ya fedha ya kawaida na p+ poly-Si.
| Kipengele cha kulinganisha | Mguso wa nyuma wa 26.66%: n-TOPCon eneo-kamili | Mguso wa nyuma wa 26.34%: p-TOPCon eneo-kamili |
|---|---|---|
| Polariti ya dopanti | Fosforasi, n+ | Boroni, p+ |
| Unene wa poly-Si wa ndani / nje | Takriban 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; safu ya nje nene hutoa ukingo zaidi kwa uenezaji wa boroni na uwekaji wa metali |
| SiOx ya kati | Takriban 1.5 nm, iliyooksidishwa kwa joto la 620°C | Takriban nm 1, inayoundwa na uoksidishaji wa joto wa ndani kwa 650°C; nyembamba kwa sababu utobolezaji wa shimo tayari ni mgumu zaidi upande wa p+ |
| Kuweka joto | Inakadiriwa kiwango cha 880–920°C katika uchambuzi uliopita | Kuweka joto kabla kwa 1050°C kwa zaidi ya sekunde 30, kufikia 98% ya ukristali na kusukuma Voc iliyodokezwa hadi 747 mV |
| Pasta ya fedha | Pasta ya kawaida, iliyounganishwa na safu ya nje ya amofasi ili kupunguza kupenya kwa Ag | Pasta iliyobadilishwa na oksidi ya metali ya alkali yenye 4 wt% Na₂O/K₂O na unga wa fedha mwembamba, ikipunguza upinzani wa mawasiliano hadi 0.55 mΩ·cm² |
| Mofolojia ya nyuma | Kung'arisha nyuma kwa kawaida | Kung'arisha nyuma kwa mpango kwa sababu p-TOPCon ni nyeti zaidi kwa umbile la uso na inahitaji J₀ ya chini |
| Lengo kuu | Zuia kupenya kwa Ag huku ukihifadhi upitishaji | Zuia kupenya kwa Ag, kukandamiza kasoro za kiolesura zinazohusiana na boroni na kuboresha uwekaji metali wa p+ poly-Si |
Data ya mchakato iliyoripotiwa inajumuisha uoksidishaji wa nyuma wa ndani kwa 650°C, safu ya kati ya SiOx ya takriban nm 1, uwekaji boroni wa 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% ya ukristali baada ya kuweka joto kabla kwa 1050°C, Voc iliyodokezwa ya 747 mV, na upinzani wa mawasiliano wa 0.55 mΩ·cm² kwa kutumia pasta iliyobadilishwa na metali ya alkali yenye unga wa fedha mwembamba.
Kuna undani mmoja ambao ni rahisi kukosa. Safu ya nje ya p+ poly-Si ina unene wa nm 90, 50% zaidi ya safu ya nje ya takriban nm 60 inayotumiwa upande wa n-TOPCon.
Hii si ongezeko la kiholela. Boroni ina umumunyifu dhabiti wa chini katika poly-Si kuliko fosforasi, kwa hivyo sehemu iliyowekwa kwa kiwango kikubwa inahitaji unene zaidi ili kupunguza upinzani wa mawasiliano. Wakati huo huo, hatua ya kuweka joto kabla kwa 1050°C inasukuma boroni ndani. Safu ya nje yenye unene zaidi husaidia kuzuia boroni kupenya na kuharibu safu ya chini ya SiOx.
Hiyo ni kinyume cha mkakati wa n-TOPCon, ambapo safu ya nje inaweza kubaki nyembamba na yenye amofasi zaidi.
Upande wa Mbele: Mkakati wa 430 Ω/□ Unabadilishwa na Ujanibishaji
Swali lililoachwa na utafiti uliopita lilikuwa kama mkakati wa emitter ya boroni yenye upinzani wa juu wa 430 Ω/□ bado utatumika kwa mawasiliano ya mbele ya n-TOPCon yenye vidole.
Jibu kutoka kwa seli ya 26.34% liko wazi: haitumiki. Muundo unahamia kwenye wimbo tofauti.
Seli ya 26.66% hutumia emitter ya mbele ya boroni iliyosambazwa kwa kawaida yenye upinzani wa karatasi wa 430 Ω/□. Vidole vya chuma vyembamba vya takriban 10 μm hulipa fidia upitishaji dhaifu wa upande.
Seli ya 26.34% huondoa emitter ya mbele ya boroni ya kawaida na kuibadilisha na vidole vya n-TOPCon vilivyochorwa takriban 210 μm kwa upana, ikiacha poly-Si tu chini ya maeneo ya mawasiliano ya chuma.
Kwa hivyo utaratibu wa kupunguza muunganiko hubadilika kutoka kupunguza mkusanyiko wa dopanti kupitia upinzani wa juu wa karatasi hadi kupunguza eneo linalofunikwa na poly-Si.
Muundo hubadilishwa kwanza. Ozoni na HF hutumiwa kuzungusha ncha za piramidi. Hii inapunguza upitishaji duni na kutu ya fedha karibu na vilele vikali vya muundo.
Sehemu ya joto ya gradient, au GTF, inaletwa ndani ya LPCVD. Upana kamili wa nusu ya kiwango cha juu cha Raman hufikia 8.4 cm⁻¹. Thamani ya chini inaonyesha fuwele bora. Sehemu ya joto ya gradient inaboresha usawa wa joto wa upande na wima na kuongeza fuwele ya n+ poly-Si.
Upachikaji wa fosforasi hufikia 3.3 × 10²⁰ cm⁻³. Hii ni takriban mpangilio mmoja wa ukubwa juu kuliko mkusanyiko wa fosforasi unaotumika katika mguso wa nyuma wa 26.66%. Vidole vya mbele vya n+ vimeundwa kwa ajili ya upitishaji badala ya upitishaji wa eneo lote. Kazi nyingi za upitishaji hufanywa na mguso wa nyuma wa p-TOPCon wa eneo lote.
Upana wa kidole ni takriban 210 μm. Poly-Si inabaki chini ya chuma, wakati eneo la muundo lisiloguswa limeachwa wazi. Hii inapunguza kwa kiasi kikubwa ufyonzaji wa upande wa mbele ikilinganishwa na mguso wa poly-Si wa eneo lote.
Mbinu ya 430 Ω/□ ni ya enzi ya emitter ya boroni. Katika muundo wa n-TOPCon wenye vidole, muunganiko unadhibitiwa kupitia ufuniko wa poly-Si uliojanibishwa, muundo wa uso uliozungushwa na fuwele iliyoboreshwa kutoka GTF-LPCVD, badala ya kuongeza tu upinzani wa karatasi.
Hii inasaidia kueleza jinsi seli ya 26.34% inavyofikia Voc ya 743.2 mV, karibu na 744.6 mV iliyoripotiwa kwa seli ya 26.66%, huku pia ikipata Jsc ya juu zaidi. Mguso wa mbele uliojanibishwa hukata ufyonzaji wa upande ambao ungebaki katika muundo wa poly-Si wa eneo lote wa mbele.
Ulinganisho wa Upande kwa Upande wa Miundo Miwili ya Dada ya 26%
Mawasiliano ya Nyuma ya Tabaka Mbili za SiOx/poly-Si
| Safu au mchakato | 26.66% n-TOPCon nyuma | 26.34% p-TOPCon nyuma | Sababu kuu ya tofauti |
|---|---|---|---|
| SiOx ya chini | Takriban 1.3–1.6 nm, iliyoundwa katika O₂ kwa 620°C | Takriban 1.8 nm, iliyoundwa in situ kwa 650°C | Upande wa p-type unahitaji kizuizi kikali dhidi ya kupenya kwa boroni, ingawa tunnelling ya shimo ni ngumu zaidi |
| poly-Si ya ndani | Takriban 40 nm, iliyopakwa fosforasi kidogo na yenye fuwele nyingi | 36 nm, iliyopakwa boroni kidogo | Boroni ina umumunyifu dhabiti wa chini; safu ya ndani nyembamba bado inaweza kusaidia upitishaji |
| SiOx ya kati | Takriban 1.5 nm, iliyoundwa katika O₂ kwa 620°C | Takriban 1 nm, iliyoundwa in situ | Tunnelling inahitaji zaidi upande wa p-type, kwa hivyo safu ya kati haiwezi kuwa nene sana |
| poly-Si ya nje | Takriban 60 nm, iliyopakwa fosforasi nyingi na hasa isiyo na fuwele | 90 nm, iliyopakwa boroni nyingi | Uwekaji metali wa p+ poly-Si ni mgumu zaidi, unahitaji safu nene na paste iliyobadilishwa |
| Kuweka joto | Takriban 880–920°C | Kuanika kabla kwa 1050°C, kufikia fuwele 98% | Boroni inahitaji joto la juu la uanzishaji, wakati mchakato lazima pia udhibiti kasoro za kiolesura zinazohusiana na boroni |
| Pasta ya fedha | Paste ya kawaida iliyounganishwa na safu ya nje isiyo na fuwele | 4 wt% oksidi ya chuma-alkali pamoja na unga wa fedha mbaya | Uwekaji metali wa p+ poly-Si bado ni moja ya vikwazo vikuu vya mchakato |
Ulinganisho wa Upande wa Mbele
| Kipengee | 26.66% upande wa mbele | 26.34% upande wa mbele |
|---|---|---|
| Muundo | Eneo kamili la emitter iliyotawanywa na boroni | Vidole vya n-TOPCon vilivyojanibishwa takriban 210 μm kwa upana |
| Mkakati wa kudhibiti muunganisho upya | Upinzani wa juu wa karatasi wa 430 Ω/□ ili kupunguza upakaji | Kupunguzwa kwa kufunikwa kwa poly-Si pamoja na umbile la mviringo |
| Umbile la uso | Umbile la kawaida la piramidi iliyogeuzwa | Piramidi za mviringo zilizotibiwa kwa ozoni na HF |
| Uwekaji wa Poly-Si | Haifai | GTF-LPCVD yenye Raman FWHM ya 8.4 cm⁻¹ |
| Dopant | Boroni | Fosforasi kwa 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Nini Makala Mbili Zinasema Kuhusu Maendeleo ya Mawasiliano ya Nyuma Zaidi ya 26%
Ujumbe uliojumuishwa ni wa moja kwa moja.
Katika kiwango cha 25%, lengo lilikuwa tabia ya pinhole ya safu ya oksidi. Katika kiwango cha 26%, maendeleo yalihamia kwenye miundo ya SiOx/poly-Si ya safu mbili na uhandisi wa metali. Zaidi ya 26.3%, njia zinaanza kugawanyika: mawasiliano ya nyuma ya n-TOPCon yanatafuta ushirikiano wa umeme wa pande mbili, wakati mawasiliano ya nyuma ya p-TOPCon yanaelekea kwenye mpangilio wa makutano ya nyuma yenye vidole vya mbele vilivyojikita. Ya mwisho tayari iko karibu na usanifu wa BC-TOPCon sehemu.
Safu ya kati ya SiOx inayotumika kuzuia kupenya kwa fedha ni kipengele cha pamoja cha miundo yote miwili ya mawasiliano ya nyuma ya safu mbili. Upande wa p-TOPCon, hata hivyo, lazima utatue matatizo matatu ya ziada:
Hatua ya awali ya kupasha joto kwa 1050°C inahitajika ili kuamsha boroni, kuongeza ukristali na kukandamiza matatizo yanayohusiana na boroni kwenye kiolesura.
Pasta ya fedha iliyobadilishwa na oksidi ya chuma-alkali inahitajika ili kushughulikia metali ngumu ya p+ poly-Si.
Kung'arisha na kulainisha upande wa nyuma kunakuwa muhimu zaidi kwa sababu p-TOPCon ni nyeti zaidi kwa umbile la uso na athari yake kwa J₀.
Masuala haya hayakuwa muhimu kwa muundo wa 26.66% n-TOPCon. Kwa ufupi, mawasiliano ya p-TOPCon ya safu mbili ni magumu zaidi kutengeneza kuliko yale ya n-TOPCon, lakini yanaweza kutoa uwezo wa juu wa Voc mara tu mchakato unapodhibitiwa.
Mawasiliano ya nyuma ya p-TOPCon ya safu mbili katika seli ya 26.34% yalifikia Voc iliyodokezwa ya 747 mV, juu kidogo kuliko kiwango cha jumla cha Voc iliyodokezwa kilichojadiliwa kwa muundo wa 26.66%.
Vigezo vya Mstari wa Uzalishaji Vinavyoweza Kutumika Moja kwa Moja
Boresha kung'arisha na kulainisha nyuma. Mstari wa uzalishaji wa p-TOPCon haupaswi kuchukulia kung'arisha nyuma kama mchakato unaohitaji tu kuwa “mzuri wa kutosha.” Ulainishaji una ushawishi mkubwa zaidi kwenye J₀ ya mawasiliano ya p-TOPCon ya safu mbili kuliko ilivyo kwa n-TOPCon.
Tengeneza safu ya kati ya SiOx in situ kwa takriban 1 nm. Kunakili oksidi ya joto ya 1.5 nm iliyotumiwa katika muundo wa 26.66% n-TOPCon kunaweza kupunguza tunnelling na kuumiza FF upande wa p-type.
Tambulisha hatua ya awali ya kuoka kwa joto la 1050°C. Bila matibabu haya, uanzishaji wa boroni na fuwele ya 98% ni vigumu kufikia, na kufanya Voc iliyodokezwa ya 747 mV isiwezekane.
Tumia paste ya fedha iliyobadilishwa na oksidi ya alkali-metali. Muundo ulioripotiwa unatumia 4 wt% Na₂O/K₂O na poda ya fedha yenye ukali. Upinzani wa mawasiliano wa 0.55 mΩ·cm² ni lengo gumu kwa upande wa p-TOPCon. Paste ya kawaida inaweza kusababisha upinzani wa mfululizo kuongezeka kwa kasi kwenye mawasiliano ya p+.
Dhibiti upana wa kidole cha mbele takriban 210 μm. Usahihi wa uwekaji wa leza lazima uendane na jiometri nyembamba ya mawasiliano. Kupunguza upana wa kidole zaidi kunaweza kupunguza unyonyaji wa taka, lakini uharibifu wa leza kwenye safu-mbili unahitaji kutathminiwa upya.
Swali Linalofuata kwa BC-TOPCon
Muundo wa 26.34%, wenye vidole vya mbele vya n-TOPCon na mawasiliano ya nyuma ya p-TOPCon ya safu-mbili ya eneo-kamili, kwa kweli ni toleo la sehemu ya BC-TOPCon.
Hatua inayofuata ya kimantiki itakuwa kuweka mawasiliano ya nyuma ya p-TOPCon pia, kupanga vidole vya aina-p na vidole vya aina-n kwa muundo wa kuingiliana. Hiyo itaunda muundo halisi wa BC-TOPCon.
Hii inaleta swali jipya. Je, safu ya kati ya SiOx katika mawasiliano ya nyuma ya p-TOPCon iliyowekwa mahali inapaswa kubaki SiO₂ safi, au inapaswa kubadilishwa na SiOx iliyotiwa nitrojeni kwa njia ya OGO ili kuimarisha upitishaji wa shamba? Chaguo jingine ni safu ya AlOx/SiOx, kwa kutumia athari ya shamba ya oksidi ya alumini pamoja na mawasiliano ya safu-mbili ya SiOx/poly-Si.
Utafiti wa 26.34% haukuchunguza suala hili kwa sababu mawasiliano yake ya nyuma ya p-TOPCon yalibaki eneo-kamili na hayakutegemea upitishaji wa shamba uliowekwa mahali. Mara tu mawasiliano ya aina-p ya nyuma yanapokuwa ya vidole, hata hivyo, mchanganyiko wa upitishaji wa shamba wa AlOx na muundo wa safu-mbili ya SiOx/poly-Si unaweza kuwa chaguo muhimu la hatua inayofuata.
Pia kuna swali la mchakato linalohusiana na tandem. Kiini cha chini kinachotumiwa katika tandem ya 32.73% kina uso wa mbele wenye muundo. Uigaji katika Kielelezo 1 unaonyesha kuwa usanidi wa vidole-mbili wa finger-TOPCon unaweza kuwa na uwezo wa juu wa tandem kuliko muundo wa eneo-kamili wa pande-mbili wa TOPCon.
Lakini usawa wa photoluminescence unapaswa kudhibitiwaje kwenye uso wa mbele ulio na muundo wa n-TOPCon wenye nyuzi za ndani? Nishati ya laser kupita kiasi inaweza kuchoma au kulainisha ncha za piramidi kwa eneo. Hiyo inaweza kutumia sehemu ya dirisha la mchakato lililoundwa na matibabu ya piramidi iliyozungushwa.
Katika tafiti tatu—kutoka kwa seli ya 25.4% ya Das Solar hadi seli za 26.66% na 26.34%—mantiki ya mguso wa nyuma imepitia vizazi vitatu: udhibiti wa mashimo ya oksidi, ulinzi wa safu mbili dhidi ya kupenya kwa fedha, na hatimaye safu mbili za p-TOPCon pamoja na metallization iliyobadilishwa kwa alkali-metal.
Maoni ya Ooitech
Dirisha la mchakato ndio kizuizi kikuu hapa. Mara tu p-TOPCon inapohama kutoka kwa mguso wa nyuma wa eneo kamili kuelekea nyuzi za BC za ndani, upinzani wa mguso, uharibifu wa laser, uanzishaji wa boroni na uzuiaji wa athari ya shamba itabidi kuboreshwa kama mfumo mmoja ulioounganishwa. Safu nyembamba ya kati ya SiOx inaweza kulinda FF, lakini pia inaacha nafasi ndogo dhidi ya kupenya kwa fedha na uharibifu wa kiolesura unaosababishwa na boroni. Matokeo muhimu yanayofuata yatakuwa yale yanayoonyesha dirisha hili kamili la ujumuishaji kwenye wafa wa ukubwa wa uzalishaji, si tu thamani ya kilele cha ufanisi.
