SiNx Nyembamba Sana na Pasta ya Fedha Inatoboa Safu ya Poly, Ikiwa Nene Sana Upinzani wa Mawasiliano Unaruka Mara 600: ISFH Inaelekeza Suluhisho
Utangulizi wa Bidhaa
Mtu yeyote anayeendesha mstari wa mchakato wa TOPCon amekutana na tatizo hili. Ukipaka SiNx nyembamba sana una wasiwasi pasta ya fedha itachoma kupitia safu ya upitishaji, ikipunguza Voc. Ukipaka nene sana upinzani wa mawasiliano unapanda juu, na FF haiwezi kushikilia. Nyembamba inakuogofya, nene pia inakuogofya — basi unene gani ni "sahihi"?
Mnamo 2022, timu ya Min Byungsul katika ISFH (Taasisi ya Utafiti wa Nishati ya Jua Hamelin, Ujerumani) ilichapisha utafiti katika AIP Conference Proceedings uliochambua tatizo hili. Walitumia mawasiliano ya kupitisha ya POLO — jina la kitaaluma la kile tasnia inaita TOPCon, kimsingi oksidi nyembamba sana pamoja na muundo wa polysilicon ulio na dopu poly-Si/SiOx — kutenga kinachoendelea.
Jambo kuu sio gumu: unene wa SiNx na joto la kuchoma ni jozi inayolingana. Badilisha unene na lazima urekebishe joto. Sogeza moja bila kusogeza nyingine na ama Voc inashuka au FF inaporomoka.
Vigezo vya Kiufundi
Jinsi jaribio lilivyowekwa
ISFH ilitumia wafer za CZ za aina-p, na mawasiliano ya POLO n⁺ upande wa nyuma wa seli (tunnel oxide pamoja na polysilicon iliyo na dopu ya fosforasi).
Vigezo viwili muhimu:
Unene wa kifuniko cha SiNx cha nyuma — kuanzia 40nm hadi 80nm
Joto la juu la kuchoma — lilirekebishwa kati ya 790°C na 810°C
Kisha walipima vitu viwili: upinzani wa mawasiliano ρc (kwa TLM) na vigezo vya seli IV.
Hapo awali tuliangalia karatasi ya JA Solar ya 2016 kuhusu jinsi muundo wa kemikali (uwiano wa Si/N) wa upande wa mbele filamu ya kuzuia kuakisi ya SiNx inavyoathiri mguso wa unga wa fedha. Kazi hii ya ISFH ya 2022 inahusu jinsi unene wa kimwili wa upande wa nyuma kifuniko cha SiNx kinavyoathiri mguso wa unga wa fedha. Weka pamoja na unashughulikia vipimo vyote viwili — "muundo wa kemikali" na "unene wa kimwili," filamu ya mbele na filamu ya nyuma.
Sampuli zote zilichomwa kwa 800°C, unene wa SiNx wa nyuma pekee ulitofautishwa
| Unene wa SiNx | Wastani ρc (800°C) | Hali |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | Chini sana |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | Inaanza kuongezeka |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | Inaongezeka wazi |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | Eneo la mpito, kupanda kwa kasi |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | Karibu mara 600 zaidi kuliko 40nm |
Uchunguzi wa joto la kuchoma kwenye sampuli za 55nm na 60nm
| Hali | Wastani ρc |
|---|---|
| 55nm SiNx + 800°C | 3.2 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 805°C | 2.8 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 810°C | 2.0 mΩ·cm² |
Faida za Kiufundi
Ugunduzi wa kwanza: nene sana na unga hauwezi kuchoma kupitia
Sampuli zote zilichomwa kwa 800°C kilele, kubadilisha tu unene wa kifuniko cha SiNx cha nyuma. Mchoro uko wazi kutoka kwenye jedwali hapo juu — kiasi cha SiNx ambacho unga unaweza kuchoma wakati wa kuchoma ni kidogo. Ukivuka kikomo hicho, unga haufiki polisilicon iliyo chini, kwa hivyo upinzani wa mguso unapanda.
Picha za SEM zinatoa ushahidi wa moja kwa moja:
40nm SiNx: paste iliungua kabisa kupitia SiNx na polysilicon, ikiacha mengi ya mashimo ya ukubwa wa mikroni kwenye poly. Polysilicon iliondolewa kabisa mahali hapo — mgusano mzuri, lakini safu ya passivation iliharibika.
80nm SiNx: idadi ndogo tu ya mashimo madogo sana, hakuna maeneo ambapo poly iliondolewa kabisa — passivation ilishikilia, lakini upinzani wa mgusano ulikuwa karibu mara 600 zaidi (takriban amri 2.8 za ukubwa), na FF iliharibika kabisa.
Hitimisho la ISFH ni wazi: kuna dirisha bora la SiNx — kati ya 50 na 60nm. Ikiwa ni nyembamba sana, paste hupenya passivation na Voc hupungua. Ikiwa ni nene sana, paste haiwezi kupenya na upinzani wa mgusano unaruka.
Ugunduzi wa pili: unene na joto vimeunganishwa
ISFH haikuacha kwa "50-60nm ndio bora." Waliuliza swali la vitendo zaidi kwenye sakafu ya kiwanda: ikiwa unene wa SiNx unabadilika, je, joto la kuchoma linahitaji kubadilika pia?
Walichagua 55nm na 60nm vikundi na wakaendesha skana ya joto kutoka 790°C hadi 810°C.
Matokeo ni safi sana:
55nm SiNx: FF inafikia kilele kwa 800°C, ufanisi bora hapo. Nenda chini na mgusano hautoshi; nenda juu na passivation huanza kuteseka.
60nm SiNx: FF inafikia kilele kwa 805-810°C. Kwa sababu SiNx ni nene, inahitaji joto la juu ili paste iweze kuchoma kupitia.
Kwa maneno rahisi: chini ya hali hizi za majaribio, kutoka 55nm hadi 60nm hubadilisha joto bora la kuchoma kwa takriban 5-10°C. Mteremko huo ni kumbukumbu tu kwa mfumo huo wa paste — badilisha paste na unahitaji kusawazisha tena.
Data ya upinzani wa mgusano pia inathibitisha hili: joto la juu, mgusano bora — mradi usivuke mstari ambapo unaanza kuchoma passivation.
Utaratibu: ukubwa wa shimo la kuchonga ndio ufunguo
ISFH ilitumia SEM kuweka kigezo wazi sana:
Mashimo makubwa kuliko kipenyo cha 1μm: poly imeondolewa kabisa, passivation imeharibika → Voc inashuka
Mashimo madogo kuliko kipenyo cha 1μm: poly haijaondolewa kabisa, passivation bado sawa → upinzani wa mawasiliano unashuka, Voc haibadiliki
ISFH ilisema moja kwa moja: "idadi fulani ya mashimo madogo ya kuchonga ni muhimu kuunda mawasiliano mazuri. Mashimo ya kuchonga yenye kipenyo chini ya 1μm yanaonekana kutokuwa na athari kwa ubora wa passivation."
Kigezo cha mstari: mashimo ya kuchonga si bora kuwa machache, wala si bora kuwa mengi — lengo ni ukubwa mdogo, usambazaji wa wastani. Ukiona mashimo mengi >1μm chini ya darubini, joto ni kubwa sana au SiNx ni nyembamba sana, na passivation tayari inaharibika.
Matumizi ya Bidhaa
Je, mstari wa uzalishaji unaweza kutumia nini?
1. Unene wa SiNx si bora kuwa mwembamba, wala si bora kuwa mzito. Chini ya 40nm, paste huchoma passivation na Voc hupungua; juu ya 80nm, paste haiwezi kuchoma na upinzani wa mawasiliano unapanda karibu mara 600.
2. Unene na joto vimeoanishwa. Badilisha unene wa SiNx na joto la kuchoma lazima lifuate. Data ya ISFH inatoa kumbukumbu — chini ya hali hizi, kila 5nm ya ziada ya SiNx huongeza joto la kilele kwa takriban 5-10°C — lakini rekebisha tena baada ya kubadilisha paste.
3. Mashimo ya kuchonga ni kiashiria cha "dirisha". Angalia ukubwa na msongamano wa shimo kwa SEM na unaweza kuhukumu kama mchanganyiko wako wa sasa wa unene-joto upo ndani ya dirisha. Mashimo mengi >1μm → joto kubwa sana au filamu nyembamba sana; karibu hakuna mashimo → baridi sana au filamu nene sana, mawasiliano yanaweza kuwa tatizo.
4. Unene wa filamu ya nyuma pia unadhibiti mavuno ya urembo, na uteuzi wa paste. Mambo matatu hapo juu yote yanahusu jinsi unene unavyoathiri upinzani wa mawasiliano na FF kupitia paste kuchoma au kutochoma. Lakini kwenye mstari, unene wa SiNx wa nyuma unadhibiti zaidi ya utendaji wa umeme.
Katika uzalishaji wa wingi halisi, SiNx ya nyuma kwa kawaida inadhibitiwa katika safu ya 70-85nm — nene kuliko "kiwango bora cha mawasiliano" cha 50-60nm katika karatasi ya ISFH. Sababu ni rahisi: karatasi ilipima kiwango bora cha mawasiliano kwa muundo wake maalum wa POLO na paste fulani, wakati mstari wa uzalishaji unapaswa kusawazisha passivation, mawasiliano na usawa wa rangi kwa wakati mmoja, na kuchagua safu nene, thabiti zaidi. Muhimu zaidi, pastes za kibiashara hutumia mfumo tofauti wa glasi-frit kuliko paste ya maabara ya ISFH, hivyo dirisha la unene wa SiNx linaloweza kuchomwa pia ni tofauti.
Badilisha unene na fahirisi ya refractive inabadilika, na rangi ya kuingilia ya filamu hubadilika pamoja nayo. Ikiwa ni nyembamba sana au nene sana, wafers zinaonyesha tofauti ya rangi, rangi isiyo sahihi na upungufu sawa wa urembo ambao hupunguza moja kwa moja mavuno ya urembo. Hiyo kwa upande wake inaweka mahitaji magumu kwa mtengenezaji wa paste: paste lazima ilingane na dirisha la mchakato wa filamu ya nyuma, si kulazimisha filamu ya nyuma kukidhi paste moja. Unene na joto lazima zilingane, na paste na unene wa filamu lazima zilingane pia — mstari ni mfumo, si marekebisho ya hatua moja.
Mambo matatu ambayo karatasi haikusema
Uhusiano kati ya POLO na TOPCon. Mawasiliano ya POLO ambayo ISFH ilitumia kimsingi ni oksidi nyembamba sana pamoja na polysilicon iliyowekwa dopu (poly-Si/SiOx), kimsingi sawa na muundo wa nyuma wa TOPCon wa leo, hivyo hitimisho linahamishwa moja kwa moja. POLO ni jina la kitaaluma lililopendekezwa na ISFH; TOPCon ni neno la kiwango cha tasnia; muundo sawa kwa msingi.
Mfano wa paste huathiri kina cha kupenya. Pasta tofauti zina muundo tofauti wa glasi-frit na zinaweza kuchoma unene tofauti wa SiNx. 50-60nm ya ISFH inategemea paste moja maalum — badilisha paste na unaweza kuhitaji kurekebisha upya.
Kuegemea kwa muda mrefu hakujashughulikiwa. Je, mashimo madogo ya kuchonga yatakua makubwa kwa miaka 25 ya kuzeeka nje? Je, kiolesura kitaharibika zaidi chini ya joto la unyevu? Karatasi haijibu.
Kuisoma pamoja na JA Solar 2016
| Vipimo | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| Matumizi | Filamu ya kuzuia kuakisi ya mbele ya SiNx (ARC) | Safu ya kufunika ya nyuma ya SiNx |
| Lengo | Muundo wa kemikali wa SiNx (uwiano wa Si/N) | Unene wa kimwili wa SiNx |
| Kigezo kikuu | Uwiano wa gesi SiH₄/NH₃ | Unene wa SiNx + joto la kurusha |
| Hali ya kushindwa | Uwiano usiofaa wa Si/N → usawa wa mnato wa frit → upinzani wa juu wa mawasiliano | Unene usiofaa → kuchoma au kushindwa kuchoma |
| Rekebisha mwelekeo | Rekebisha uwiano wa gesi kwa dirisha bora | Unene wa jozi na joto |
| Utaratibu wa pamoja | Mwitikio wa Frit-SiNx huamua ubora wa mawasiliano | Kina cha kupenya kwa Frit-SiNx huamua ubora wa mawasiliano |
Weka karatasi mbili kando na utapata picha kamili ya mchakato wa filamu ya mbele na filamu ya nyuma: muundo wa kemikali huamua kama unaweza kuwasiliana vizuri, unene wa kimwili huamua kama unaumiza kile kilicho chini wakati wa kuwasiliana.
Sukuma uwiano wa Si/N wa mipako na spikes za Rs, FF inaporomoka, ufanisi unashuka
Kikumbusho kwa mstari: usiangalie tu poly wakati unatafuta upotevu wa ufanisi
Baada ya karatasi zote mbili kukamilika, turudi kwenye mstari wetu wenyewe. Wakati wa kufuatia upotevu wa ufanisi, reflex ya mhandisi ni kwanza kuangalia unene wa poly ya nyuma, kiwango cha doping, unene wa oksidi ya handaki — athari zao kwa FF na Voc zinaeleweka vizuri na hizi ni vitu vya kawaida vya kuangalia. Lakini safu ya kufunika ya SiNx ya nyuma mara nyingi hupuuzwa kama "safu ya kupitisha/urembo," na watu wachache hufikiria kuhusu upinzani wa mawasiliano.
Thamani ya karatasi hii ya ISFH ni kwamba inavuta kigezo hiki kilichosahaulika kwenye meza: unene mbaya wa filamu ya nyuma, paste haichomi kupitia au inachoma kupitia, na FF inaporomoka sawa. Wakati ujao unapokutana na hali ya "vigezo vya poly havijaguswa, lakini FF imeshuka kwa ajabu," usizunguke tu kwenye poly — rudi na uangalie kama unene wa filamu ya nyuma na joto la kurusha bado vinalingana.
Inafaa kukumbuka: Jaribio la ISFH linategemea kurusha kwa kawaida. Teknolojia ya LECO sasa inayotumika sana kwenye mistari inaweza kuboresha mawasiliano kwa njia ya hatua ya laser/umeme inayofuata, ambayo kwa kiasi fulani inapunguza unyeti kwa ulinganifu wa joto-unene wa kurusha — lakini unene wa filamu ya nyuma bado ni dirisha la msingi na hauwezi kupuuzwa.
Maoni ya Ooitech
Tunaona kitu kimoja kwenye kila mstari wa TOPCon tunaowasha — safu ya kufunika ya SiNx ya nyuma inachukuliwa kama filamu ya rangi tu, na kisha FF inateleza kimya kimya bila mtu kuangalia ulinganifu wa unene-joto. Data ya ISFH inalingana na kile kinachowasukuma watu kuelekea LECO, kwa kuwa kutenganisha uundaji wa mawasiliano kutoka kwa hatua ya kurusha kunanunua ukingo halisi wakati kemia ya frit ya paste yako na dirisha la filamu ya nyuma hazikubaliani kikamilifu. Ikiwa unataka kuona jinsi hatua hizi zinavyojitokeza kwenye mstari halisi wa moduli — mipako, kurusha, kuunganisha na yote — kituo cha YouTube cha Ooitech kwenye www.youtube.com/ooitech inastahili kufuatwa. Na kumbuka hili ni utafiti wa kiwango cha seli; mstari wa moduli hurithi seli hizi lakini hatima ya mawasiliano tayari imetiwa muhuri juu.
Marejeleo
Min B. et al., AIP Conf. Proc. 2487, 020014 (2022) (DOI: 10.1063/5.0089239)
Chen X.Y. et al., Solar Energy 126 (2016) 105–110 (DOI: 10.1016/j.solener.2016.01.001)
