SiNx Nyembamba Sana na Pasta ya Fedha Inatoboa Safu ya Poly, Nene Sana na Upinzani wa Mawasiliano Unaruka Mara 600: ISFH Inaonyesha Suluhisho
Jedwali la Yaliyomo
Utangulizi wa Bidhaa
Mtu yeyote anayeendesha mstari wa mchakato wa TOPCon amekutana na tatizo hili. Weka SiNx nyembamba sana na una wasiwasi pasta ya fedha itachoma kupitia safu ya passivation, ikishusha Voc. Weka nene sana na upinzani wa mawasiliano unapanda, na FF haiwezi kushikilia. Nyembamba inakutisha, nene pia inakutisha — kwa hiyo 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 ambao ulichambua tatizo hili. Walitumia mawasiliano ya passivating ya POLO — jina la kitaaluma kwa kile tasnia inaita TOPCon, kimsingi oksidi nyembamba sana pamoja na polysilicon iliyopakwa dopu poly-Si/SiOx — kutenganisha kile kinachoendelea kweli.
Jambo kuu si gumu: unene wa SiNx na joto la kuchoma ni jozi inayolingana. Badilisha unene na lazima urekebishe joto. Sogeza moja bila kusogeza lingine 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 ya n⁺ nyuma ya seli (oksidi ya handaki pamoja na polysilicon iliyopakwa fosforasi).
Vigezo viwili muhimu:
Unene wa safu ya juu ya SiNx nyuma — kuanzia 40nm hadi 80nm
Kiwango cha juu cha joto la kuchoma — kilirekebishwa kati ya 790°C na 810°C
Kisha walipima vitu viwili: upinzani wa mawasiliano ρc (kwa TLM) na vigezo vya IV vya seli.
Hapo awali tuliangalia karatasi ya 2016 ya JA Solar kuhusu jinsi muundo wa kemikali (uwiano wa Si/N) wa upande wa mbele filamu ya kuzuia kuakisi ya SiNx inavyoathiri mawasiliano ya pasta ya fedha. Kazi hii ya 2022 ya ISFH inahusu jinsi unene wa kimwili ya upande wa nyuma Kifuniko cha SiNx kinaathiri mgusano wa unga wa fedha. Weka hizi mbili 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 ulibadilishwa
| Unene wa SiNx | Wastani wa 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 kwa 40nm |
Uchunguzi wa joto la uchomaji kwenye sampuli za 55nm na 60nm
| Hali | Wastani wa 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
Matokeo ya kwanza: ikiwa ni nene sana, unga hauwezi kuchoma kupitia
Sampuli zote zilichomwa kwa 800°C kilele, kubadilisha tu unene wa kifuniko cha SiNx cha nyuma. Mchoro ni wazi kutoka kwenye jedwali hapo juu — kiasi cha SiNx ambacho unga unaweza kuchoma kupitia wakati wa uchomaji ni kidogo. Ukivuka kikomo hicho, unga haufikii polysilicon iliyo chini, kwa hivyo upinzani wa mgusano unapanda.
Picha za SEM zinatoa ushahidi wa moja kwa moja:
40nm SiNx: unga ulichoma kabisa kupitia SiNx na polysilicon, ukiacha mengi ya mashimo ya kuchomwa ya ukubwa wa micron kwenye poly. Polysilicon iliondolewa kabisa mahali hapo — mgusano mzuri, lakini safu ya kinga iliharibiwa.
80nm SiNx: idadi ndogo tu ya mashimo madogo ya etching, hakuna maeneo ambayo poly iliondolewa kabisa — passivation ilishikilia, lakini upinzani wa mawasiliano ulikuwa karibu mara 600 zaidi (takriban amri 2.8 za ukubwa), na FF ilikuwa imeharibika 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 huporomoka. Ikiwa ni nene sana, paste haiwezi kupenya na upinzani wa mawasiliano huruka.
Ugunduzi wa pili: unene na joto vimeunganishwa
ISFH haikusimama kwenye "50-60nm ni bora." Waliuliza swali la vitendo zaidi kwenye sakafu ya kiwanda: ikiwa unene wa SiNx unabadilika, je, joto la kuoka linahitaji kubadilika pia?
Walichagua 55nm na 60nm vikundi na wakaendesha skan ya joto kutoka 790°C hadi 810°C.
Matokeo ni safi sana:
55nm SiNx: FF hufikia kilele kwa 800°C, ufanisi bora hapo. Nenda chini na mawasiliano hayatoshi; nenda juu na passivation huanza kuteseka.
60nm SiNx: FF hufikia kilele kwa 805-810°C. Kwa sababu SiNx ni nene, inahitaji joto la juu ili paste iweze kupenya.
Kwa maneno rahisi ya mstari: chini ya hali hizi za majaribio, kutoka 55nm hadi 60nm hubadilisha joto bora la kuoka kwa takriban 5-10°C. Mteremko huo ni rejea tu kwa mfumo huo wa paste — badilisha paste na unahitaji kurekebisha upya.
Data ya upinzani wa mawasiliano inathibitisha hili pia: joto la juu, mawasiliano bora — mradi usivuke mstari ambapo unaanza kuchoma passivation.
Utaratibu: ukubwa wa mashimo ya etching ni 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 iko sawa → upinzani wa mawasiliano unashuka, Voc haibadiliki
ISFH iliweka moja kwa moja: "idadi fulani ya mashimo madogo ya etching ni muhimu kuunda mawasiliano mazuri. Mashimo ya etching chini ya kipenyo cha 1μm yanaonekana kutokuwa na athari kwenye 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 ya >1μm chini ya darubini, joto ni kubwa mno au SiNx ni nyembamba mno, na ulinzi tayari unaharibika.
Matumizi ya Bidhaa
Ni nini mstari wa uzalishaji unaweza kutumia kweli?
1. Unene wa SiNx si bora kuwa mwembamba, wala si bora kuwa mzito. Chini ya 40nm, paste huchoma kupitia ulinzi na Voc hupungua; juu ya 80nm, paste haiwezi kuchoma kupitia na upinzani wa mawasiliano hupanda karibu mara 600.
2. Unene na joto vinaunganishwa. 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 husogeza joto la kilele juu kama 5-10°C — lakini rekebisha tena baada ya kubadilisha paste.
3. Mashimo ya kuchonga ni kiashiria cha "dirisha". Angalia mashimo ukubwa na msongamano kwa SEM na unaweza kuhukumu kama mchanganyiko wako wa sasa wa unene-joto upo ndani ya dirisha. Mashimo mengi ya >1μm → joto kubwa mno au filamu nyembamba mno; karibu hakuna mashimo → baridi mno au filamu nzito mno, 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 kupitia au la. 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 — nzito kuliko 50-60nm "bora ya mawasiliano" katika karatasi ya ISFH. Sababu ni rahisi: karatasi ilipima bora ya mawasiliano safi kwa muundo wake maalum wa POLO na paste fulani, wakati mstari wa uzalishaji unapaswa kusawazisha ulinzi, mawasiliano na usawa wa rangi wakati wote, na huchagua safu nzito, imara zaidi. Muhimu zaidi, paste za mstari wa kibiashara hutumia mfumo tofauti wa glass-frit kuliko paste ya maabara ya ISFH, kwa hiyo dirisha la unene wa SiNx linaloweza kuchomwa kupitia pia ni tofauti.
Badilisha unene na index ya refractive inabadilika, na rangi ya kuingilia ya filamu inabadilika nayo. Nyembamba mno au nzito mno na wafer zinaonyesha tofauti ya rangi, rangi isiyo sahihi na upunguzaji sawa wa urembo ambao hupunguza moja kwa moja mavuno ya urembo. Hiyo kwa upande wake inaweka hitaji kali kwa mtengenezaji wa paste: paste lazima ilingane na dirisha la mchakato wa filamu ya nyuma, si kulazimisha filamu ya nyuma kukidhi paste moja maalum. Unene na joto lazima vioane, na paste na unene wa filamu lazima vioane 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 doping (poly-Si/SiOx), kimsingi sawa na muundo wa nyuma wa TOPCon wa leo, kwa hivyo hitimisho linahamishwa moja kwa moja. POLO ni jina la kitaaluma ambalo ISFH ilipendekeza; TOPCon ni neno la kiwango cha tasnia; muundo sawa kimsingi.
Mfano wa paste huathiri kina cha kupenya. Pastes tofauti zina muundo tofauti wa glasi-frit na zinaweza kuchoma kupitia unene tofauti wa SiNx. 50-60nm ya ISFH inategemea paste moja maalum — badilisha paste na huenda ukahitaji kusawazisha upya.
Kuegemea kwa muda mrefu hakujashughulikiwa. Je, mashimo madogo ya etching yatakua kuwa makubwa baada ya miaka 25 ya kuzeeka nje? Je, kiolesura kitaharibika zaidi chini ya joto na unyevu? Karatasi haijibu.
Kuisoma pamoja na JA Solar 2016
| Kipimo | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| Matumizi | Filamu ya mbele ya SiNx ya kupambana na kuakisi (ARC) | Safu ya juu ya SiNx ya nyuma |
| 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 kuoka |
| Hali ya kushindwa | Kutoka kwenye uwiano wa Si/N → usawa wa mnato wa frit → upinzani wa juu wa mawasiliano | Unene usiofaa → kuchoma kupitia au kushindwa kuchoma kupitia |
| Mwelekeo wa kurekebisha | Rekebisha uwiano wa gesi kwenye dirisha bora | Oanisha unene na joto |
| Utaratibu wa pamoja | Kinetics ya mmenyuko wa Frit-SiNx huamua ubora wa mawasiliano | Kina cha kupenya kwa Frit-SiNx huamua ubora wa mawasiliano |
Weka karatasi hizo mbili kando 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.
Badilisha uwiano wa Si/N wa mipako na Rs inapanda, FF inaporomoka, ufanisi unashuka sana
Kikumbusho kwa mstari: usiangalie tu poly wakati wa kutafuta upotevu wa ufanisi
Kwa karatasi zote mbili zimekamilika, turudi kwenye mstari wetu. Wakati wa kufuatilia 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 upako/urembo," na watu wachache hufikiria kuhusu upinzani wa mawasiliano.
Thamani ya karatasi hii ya ISFH ni kwamba inavuta hii variable iliyosahauliwa kurudi kwenye meza: unene mbaya wa filamu ya nyuma, paste haipenye au inachoma, na FF inaporomoka vivyo hivyo. 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 kuoka bado vinaendana.
Inafaa kukumbuka: jaribio la ISFH linatokana na kuoka kwa kawaida. Teknolojia ya LECO inayotumika sana kwenye mistari sasa inaweza kuboresha mawasiliano kupitia hatua ya baadaye ya laser/umeme, ambayo kwa kiasi fulani inapunguza unyeti kwa pairing ya joto-unene wa kuoka — lakini unene wa filamu ya nyuma bado ni dirisha la msingi na hauwezi kupuuzwa.
Maoni ya Ooitech
Tunaona kitu kile kile kwenye kila mstari wa TOPCon tunaouagiza — safu ya kufunika ya SiNx ya nyuma inachukuliwa kama filamu ya rangi tu, na kisha FF inateleza kimya kimya bila mtu kuangalia pairing ya unene-joto. Data ya ISFH inalingana na kile kinachosukuma watu kuelekea LECO, kwani kutenganisha uundaji wa mawasiliano kutoka hatua ya kuoka kunanunua margin halisi wakati kemia ya frit ya paste yako na dirisha la filamu ya nyuma hazikubaliani kikamilifu. Ikiwa unataka kuona jinsi hatua hizi zinavyochezwa kwenye mstari halisi wa moduli — mipako, kuoka, stringing na yote — kituo cha YouTube cha Ooitech kwenye www.youtube.com/ooitech kinastahili kufuatwa. Na kumbuka hii ni utafiti wa kiwango cha seli; mstari wa moduli hurithi seli hizi lakini hatima ya mawasiliano tayari imefungwa juu.
Marejeo
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)
