Mashimo Madogo katika Seli za TOPCon: Njia ya Kushangaza ya Kufikia Ufanisi wa 26.55%
Jedwali la Yaliyomo
Muhtasari
Hapa kuna kitu kinachogeuza dhana ya muda mrefu katika PV ya silicon. Watafiti waligundua kwamba kuacha kwa makusudi "mashimo" fulani kwenye safu ya SiOx ya seli ya TOPCon kunaweza kuongeza ufanisi hadi 26.55%, badala ya kuupunguza.
Ugunduzi muhimu: mashimo kwenye oksidi ya handaki yanagawanyika katika familia mbili. Moja ni aina ya kuunganisha tena (iliyopungukiwa na oksijeni, ambapo poly-Si hugusana moja kwa moja na c-Si, mbaya), nyingine ni aina ya kupitisha (oksijeni iliyobaki inabaki, ikipitisha vifungo vilivyoachwa wazi huku ikiruhusu handaki, nzuri). Aina ya kupitisha inapima takriban 1.6 ± 0.2 nm × 1.4 ± 0.3 nm katika sehemu ya msalaba, na msongamano wa eneo wa 2 × 10¹² cm⁻². Mfano wa Fischer ulionyesha kwamba kinachoamua utendaji wa kifaa sio jiometri ya shimo, bali ni kama shimo limepitishwa.
Rejea: Kupitisha mashimo kwa seli za jua za silicon za eneo kubwa na zenye ufanisi wa juu na mawasiliano ya oksidi ya handaki iliyopitishwa, Nat Commun 17, 2490 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70511-2
Usuli wa Utafiti na Tatizo Lililokwama
TOPCon sasa ndio njia kuu kwa silicon ya aina ya n. Runergy ilifikia 26.55% kwenye 335 cm², Jinko aliweka TOPCon pamoja na perovskite hadi 33.24%, na n-TOPCon ya upande mmoja ina kikomo cha kinadharia cha 27.79%. Lakini hakuna aliyewahi kubainisha jukumu la mashimo kwenye safu hiyo ya SiOx ya kati.
Mtazamo wa jadi: shimo linamaanisha poly-Si inachomoza moja kwa moja kwenye c-Si, upitishaji wa oksijeni unashindwa, habari mbaya.
Ukweli ni mgumu zaidi. Oksidi nene sana (>1.7 nm) inapitisha vizuri lakini handaki duni, kwa hivyo FF inaporomoka. Oksidi nyembamba sana (<1.3 nm) inamaanisha mashimo zaidi, na sasa unahangaika kuhusu Voc kuporomoka.
Waandishi waligawanya unene wa oksidi pamoja na usambazaji wa oksijeni katika kesi tatu (sehemu ya Utangulizi):
Kesi 1: oksidi nene, upitishaji sawa, handaki si bora
Kesi 2: oksidi nyembamba pamoja na upungufu wa oksijeni, ikitoa pinholes za aina ya recombination ("pinhole mbaya" ya kawaida)
Kesi 3: oksidi nyembamba lakini oksijeni bado inapenya ndani ya pinhole, ikitoa pinholes za aina ya passivating (ugunduzi mpya hapa)
Kabla ya hii, azimio la HR-TEM halikuwa zuri vya kutosha kuona vipengele chini ya 2 nm. Fasihi iliripoti vipenyo vya pinhole vya 5 nm hadi 200 nm na msongamano wa 10⁶ hadi 10⁸ cm⁻², ambavyo vyote vilikuwa "mashimo makubwa" tu. Uchongaji wa kuchagua na c-AFM hutegemea tofauti ya kiwango cha kuchonga kati ya Si na SiOx, kwa hivyo maeneo yenye oksijeni iliyobaki hayafunguki kwa urahisi. Pinholes za passivating zilichujwa kiasili na njia hizi. Ndiyo maana Kesi 3 haikuonekana kwa muda mrefu.
Utaratibu: Aina Mbili za Pinhole (Kielelezo 2)
HAADF-STEM iliyorekebishwa kwa aberration (JEM ARM200F pamoja na Spectra 300, 200/300 kV) ilichunguza kiolesura cha poly-Si/SiOx/c-Si kwenye wafer yenye ufanisi wa juu (25.40%) na kudhibiti yenye ufanisi wa chini (24.07%).
| Aina | Hali ya oksijeni | Ukubwa (ufanisi wa juu/chini) | EELS O-K edge |
|---|---|---|---|
| Recombination | Oksijeni imepungua, poly/c-Si lattice imeunganishwa moja kwa moja | Wafer yenye ufanisi wa chini ~1.37 × 1.35 nm | Bonde la oksijeni la kina |
| Passivating | Oksijeni iliyobaki ipo, dangling bonds zimepassivate | Wafer yenye ufanisi wa juu 1.55 × 1.25 nm | Ishara ya oksijeni bado inaonekana, bonde la oksijeni la kina kidogo |
Jambo muhimu: pinholes kwenye wafer yenye ufanisi wa juu kwa kweli ni ndogo, na huhifadhi oksijeni vizuri zaidi. Ukubwa wote ni wa mpangilio mmoja mdogo kuliko ilivyoripotiwa katika fasihi ya awali.
Matokeo ya mfano wa Fischer point-contact (Kielelezo 3d katika asili):
Sehemu ya eneo la pinhole f = πr²/P², lakini J₀ haitegemei f. Kinachotawala ni kasi ya recombination ya uso S kwenye pinhole.
Karibu f ≈ 0.1, mara tu S ≳ 10³ cm/s, J₀ hupanda kwa kasi, na hujaa juu ya S > 10⁵ cm/s.
Maana: ufunguo wa utendaji wa juu sio "pinholes sifuri", ni "pinholes ambazo zimepassivate". Hii ndiyo muhimu zaidi katika karatasi nzima.
Kuhusu wiani, hii ni mapinduzi. Takwimu kutoka kwa kupasua kwa orthogonal X-Y kwenye wafers 40 (efficiency ya juu na ya chini) ilitoa 2 × 10¹² cm⁻² kwa pinholes za passivating na 3 × 10¹² cm⁻² kwa recombination, mara 4 hadi 6 zaidi kuliko maadili ya fasihi.
Sababu tatu zinajumlisha: kwanza, dhana ilibadilika, kwa hiyo nanodefects za passivating zilizokuwa zimechujwa hapo awali zikawa zinaonekana; pili, sampuli ni wafers zilizoboreshwa kiviwanda zaidi ya 25%, si miundo ya majaribio; tatu, mbinu ni HAADF ya kiwango cha atomiki, na mbinu zisizo za moja kwa moja haziwezi kuona eneo lenye oksijeni chini ya 2 nm. Ili kuzuia mwingiliano kando ya mwelekeo wa boriti kutoka kwa sampuli za TEM zenye unene wa 50 hadi 150 nm, waandishi walithibitisha kwa 4D-STEM ptychography kando ya mwelekeo wa unene, kuthibitisha kwamba takwimu za wiani hazipotoshwa na mwingiliano wa makadirio.
Sehemu ya Kutua kwa Mchakato: Oxidation ya Hatua Mbili pamoja na Polishing ya Nyuma pamoja na Poly Triple Coupling
Vigezo kutoka kwa Methods asili pamoja na SI (Jedwali la Nyongeza 1):
Oxidation ya hatua mbili: kwanza oxidation ya O₂ kuwa SiO₂ nyembamba, kisha hatua isiyo na oksijeni (hakuna oksijeni inayoingizwa). Aina ya passivating inahitaji muda mrefu wa mtiririko wa oksijeni, joto la juu, mtiririko mkubwa, na shinikizo la juu, ambalo linapendelea oksidi mnene na sare.
Usambazaji wa POCl₃: joto la chini la uwekaji pamoja na muda mfupi huboresha uangalifu wa poly na kukandamiza pinholes za recombination.
Mofolojia ya polishing ya nyuma iko mbele ya usawa wa unene wa oksidi. Zote tatu zinapaswa kurekebishwa pamoja ili kuzalisha Case 3 kwa utulivu.
Ulinganisho wa Utendaji (Mchoro 4 Data Ngumu)
Sampuli za poly-Si/SiOx za pande mbili za ulinganifu (n-Si 1–3 Ω·cm, polished pande mbili):
τeff: 8.9 ms efficiency ya juu dhidi ya 2.96 ms udhibiti (injection 5×10¹⁵ cm⁻³)
J₀: 2.6 dhidi ya 10.6 fA/cm²
ΔVoc ilipimwa kwa 15.9 mV, lakini tofauti ya J₀ pekee inaelezea tu ~11 mV. ~5 mV iliyobaki waandishi wanaihusisha na kuboreshwa kwa maisha ya SRH ya bulk. Anneal iliyoboreshwa, wakati inaunda pinholes za passivating, pia inapata uchafu wa metali (ikitaja kazi ya Krügener ya 25% POLO). Kurekebisha interface na bulk pamoja ndio njia ya kuvuka 25%.
Kwa FF, tofauti inatokana hasa na Rs:
Rs: 357 (efficiency ya juu) dhidi ya 619 mΩ·cm² (udhibiti), Suns-Voc ilipimwa
ρc (TLM): 4.6 dhidi ya 5.4 mΩ·cm²
Jambo lisilo na mantiki: kwa mantiki ya "mashimo mengi ya pini hupunguza ρc", mashimo mengi ya pini yanayopitisha kwenye wafa wenye ufanisi wa juu yanapaswa kumaanisha ρc ya chini, na kwa hakika 4.6 < 5.4. Lakini waandishi wanaongeza mgeuko. Karibu na mashimo ya pini ya aina ya recombination, fosforasi huingia ndani ya wafa, wakati aina zinazopitisha zimezuiwa na oksijeni (wasifu wa doping wa EDS katika Kiambatisho cha Ziada 10). Kwa hiyo wasifu wa doping na upinzani wa mawasiliano hufuata mantiki mbili tofauti, na huwezi kuzielezea kwa wingi wa mashimo ya pini pekee.
PL ilikuwa sawa kwenye wafa nzima, na ramani ya Corescan ya usambazaji wa Voc pia ilishikilia usawa wa eneo kubwa.
Mstari Mmoja kwa Sekta
Karatasi hii inasukuma kiolesura cha TOPCon kutoka hadithi ya binary ya "oksidi iliyo sawa dhidi ya uvujaji wa pinhole" hadi ya tatu: "pinholes zinaweza kuwa nzuri pia, mradi oksijeni bado ipo". Kinachohitajika kufanywa na sekta sio kujishughulisha na pinholes sifuri, bali kurekebisha mnyororo wa polishing ya nyuma hadi oxidation hadi poly deposition ili pinholes zibebe oksijeni. Wafa wa Daheng kwa 25.40% kwenye 333.3 cm² tayari umethibitisha njia inafanya kazi.
Maoni ya Ooitech
Kinachotushangaza hapa ni kiasi gani cha hii kinategemea mnyororo wa mchakato, si tu muundo wa seli. Kwamba oxidation ya hatua mbili, urekebishaji wa POCl₃, na polishing ya nyuma zote zinapaswa kusonga pamoja ni aina ya uhusiano unaopotea wakati mstari unakusanywa kwa vipande. Kwa upande wa moduli tunaona muundo huo, ambapo uvumilivu wa lamination na stringing huamua kimya kimya kama seli nzuri itahifadhi Voc yake. Ikiwa unataka kuangalia kwa karibu jinsi michakato hii nyeti ya kiolesura inavyotafsiriwa kwenye sakafu halisi ya uzalishaji, matembezi yetu ya kiwanda kwenye YouTube (www.youtube.com/ooitech) yanastahili kusubskribiwa.
