SiNx Nyembamba Sana na Uji wa Fedha Unapenya
Jedwali la Yaliyomo
Jibu la haraka: Filamu ya mbele ya nitridi ya silikoni kwenye seli ya TOPCon inapaswa kukidhi mahitaji mawili yanayopingana, na unene unaokidhi yote mawili ni mdogo. Safu ya SiNx hufanya kazi kama mipako ya kuzuia mwanga kurudi nyuma, hivyo filamu nene huboresha utendaji wa macho hadi kiwango fulani. Pia inapaswa kuhimili hatua ya kuchoma na kuzuia pasta ya fedha kupenya hadi kwenye silikoni wakati wa kuunda mawasiliano. Ikiwa utaipaka nyembamba sana, fedha hupenya kwenye emitter, na kusababisha mizunguko mifupi; ikiwa utaipaka nene sana, pasta hushindwa kuunda mawasiliano sahihi, na kuongeza upinzani wa mawasiliano. Unene wa kufanya kazi katika uzalishaji upo katika kiwango cha nm 40 hadi nm 80, huku viwango vya juu vya kuchoma vikiwa karibu na 790 °C hadi 800 °C. Mwingiliano huu ndio sababu uundaji wa pasta na mchakato wa kuchoma huendelezwa pamoja na mapishi ya mipako badala ya kujitegemea.
Utengenezaji wa Moduli za PV · na Jerry, Ooitech
Utangulizi wa Bidhaa
Yeyote anayeendesha TOPCon mstari wa mchakato amekabiliana na hali hii ngumu. Paka SiNx nyembamba sana na una wasiwasi kwamba unga wa fedha utachoma kupitia safu ya passivation, na kushusha Voc. Paka nene sana na upinzani wa mawasiliano unapanda, na FF haiwezi kushikilia. Nyembamba inakutisha, nene pia inakutisha — kwa hivyo ni nene kiasi gani "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 Miguso ya passivating ya POLO — jina la kitaaluma la kile tasnia inaita TOPCon, kimsingi oksidi nyembamba sana pamoja na muundo wa poly-Si/SiOx wa polysilicon iliyodopingiwa — kutambua kinachotokea kweli.
Jambo kuu la kuchukua si gumu: unene wa SiNx na joto la kuchoma ni jozi inayolingana. Badilisha unene na lazima urekebishe joto. Hamisha moja bila kuhamisha nyingine na ama Voc inashuka au FF inaanguka.
Vigezo vya Kiufundi
Jinsi jaribio liliandaliwa
ISFH ilitumia p-type CZ wafers, na mguso wa n⁺ POLO nyuma ya seli (tunnel oxide pamoja na polysilicon iliyodopingiwa kwa fosforasi).
Vigezo viwili muhimu:
Unene wa SiNx capping ya nyuma — kuanzia 40nm hadi 80nm
Joto la juu la kuchoma — lililorekebishwa kati ya 790°C na 810°C
Kisha walipima vitu viwili: upinzani wa mguso ρc (kwa TLM) na vigezo vya IV vya seli.
Hapo awali tuliangalia karatasi ya JA Solar ya 2016 kuhusu jinsi muundo wa kemikali (uwiano wa Si/N) wa upande wa mbele filamu ya SiNx ya kuzuia mwanga inavyoathiri mguso wa silver paste. Kazi hii ya ISFH ya 2022 inahusu jinsi unene halisi ya upande wa nyuma SiNx capping inaathiri mguso wa silver paste. 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, ni unene wa SiNx wa nyuma pekee uliobadilika
| Unene wa SiNx | Wastani ρc (800°C) | Hali |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | Chini sana |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | Inaanza kupanda |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | Inapanda waziwazi |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | Eneo la mpito, kupanda kwa kasi |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | Karibu mara 600 juu kuliko kwa 40nm |
Uchunguzi wa joto la kuchoma kwa 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: unene kupita kiasi na paste haiwezi kuchoma kwa kupita
Sampuli zote zilichomwa kwa 800°C kilele, kubadilisha tu unene wa SiNx capping ya nyuma. Mfumo unaonekana wazi kutoka kwenye jedwali hapo juu — kiasi cha SiNx ambacho paste inaweza kuchoma wakati wa kuchoma ni kikomo. Vuka kikomo hicho na paste haifikii polysilicon iliyo chini, hivyo upinzani wa mguso unapanda.
Picha za SEM zinatoa ushahidi wa moja kwa moja:
40nm SiNx: paste ilichoma kabisa kupitia SiNx na polysilicon, ikiacha mashimo mengi ya mashimo ya etch ya kipimo cha micron kwenye poly. Polysilicon iliondolewa kabisa kwa sehemu — mguso mzuri, lakini safu ya passivation iliharibiwa.
80nm SiNx: ni idadi ndogo sana ya mashimo madogo ya etch, hakuna maeneo ambapo poly iliondolewa kabisa — passivation ilishikilia, lakini upinzani wa mawasiliano ulikuwa karibu mara 600 juu (takriban 2.8 orders of magnitude), na FF iliharibika kabisa.
Hitimisho la ISFH ni la wazi: kuna dirisha bora la SiNx — kati ya 50 na 60nm. Nyembamba sana, paste inatoboa passivation na Voc inashuka. Nene sana, paste haiwezi kupita na upinzani wa mawasiliano unapanda.
Ugunduzi wa pili: unene na joto vimeunganishwa
ISFH hawakuishia kwa "50-60nm ni bora." Waliuliza swali la kiutendaji zaidi la sakafu ya kiwanda: ikiwa unene wa SiNx unabadilika, je, joto la firing linahitaji kubadilika pia?
Walichagua 55nm na 60nm makundi na wakafanya uchunguzi wa 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 mawasiliano hayatoshi; nenda juu na passivation inaanza kudhoofika.
60nm SiNx: FF inafikia kilele kwa 805-810°C. Kwa sababu SiNx ni nene zaidi, inahitaji joto la juu ili paste ipite.
Kwa maneno rahisi: chini ya hali hizi za majaribio, kutoka 55nm hadi 60nm kunabadilisha joto bora la firing juu kwa takriban 5-10°C. Mteremko huo ni kielelezo tu kwa mfumo huo wa paste — ukibadilisha paste unahitaji kurekebisha upya.
Data ya upinzani wa mawasiliano inaunga mkono hii pia: joto la juu, mawasiliano bora — mradi usivuke mstari ambapo unaanza kuchoma passivation.
Utaratibu: ukubwa wa shimo la etch ndio ufunguo
ISFH walitumia SEM kuweka kigezo wazi sana:
Mashimo makubwa zaidi ya kipenyo cha 1μm: poly imeondolewa kabisa, passivation imeharibika → Voc inashuka
Mashimo madogo zaidi ya kipenyo cha 1μm: poly haijaondolewa kabisa, passivation iko salama → upinzani wa mawasiliano unashuka, Voc haibadiliki
ISFH walisema moja kwa moja: "idadi fulani ya mashimo madogo ya etch ni muhimu ili kuunda mawasiliano mazuri. Mashimo ya etch yenye kipenyo chini ya 1μm yanaonekana kuwa hayana athari kwa ubora wa passivation."
Kigezo cha mstari: mashimo ya etch si bora kuwa machache, na si bora kuwa mengi — lengo ni ukubwa mdogo, mgawanyo wa wastani. Ukiona mashimo mengi ya >1μm chini ya darubini, halijoto ni juu mno au SiNx ni nyembamba mno, na passivation tayari inaharibika.
Matumizi ya Bidhaa
Je, mstari wa uzalishaji unaweza kutumia nini kwa kweli?
1. Unene wa SiNx si bora kuwa mwembamba, na si bora kuwa mnene. Chini ya 40nm, paste huchoma kupitia passivation na Voc hupata mashimo; juu ya 80nm, paste haiwezi kuchoma kupitia na upinzani wa mawasiliano hupanda karibu mara 600.
2. Unene na halijoto vimeoanishwa. Badilisha unene wa SiNx na halijoto ya kuchoma lazima ifuate. Data ya ISFH inatoa rejeleo — chini ya masharti haya, kila 5nm ya ziada ya SiNx huongeza halijoto ya kilele kwa takriban 5-10°C — lakini rekebisha upya baada ya kubadilisha paste.
3. Mashimo ya etch ni kiashiria cha "dirisha". Angalia shimo ukubwa na msongamano kwa SEM na unaweza kuhukumu kama mchanganyiko wako wa sasa wa unene-halijoto uko ndani ya dirisha. Mashimo mengi ya >1μm → halijoto juu mno au filamu nyembamba mno; karibu hakuna mashimo → halijoto chini mno au filamu nene mno, mawasiliano yanaweza kuwa tatizo.
4. Unene wa filamu ya nyuma pia huamua mavuno ya urembo, na uteuzi wa paste. Hoja tatu zilizo juu zote zinahusu jinsi unene unavyoathiri upinzani wa mawasiliano na FF kupitia paste kuchoma au kutokuchoma. Lakini kwenye mstari, unene wa SiNx ya nyuma hudhibiti mengi zaidi ya utendaji wa umeme.
Katika uzalishaji halisi wa wingi, SiNx ya nyuma kwa kawaida hudhibitiwa katika 70-85nm — mnene zaidi ya 50-60nm "bora kwa mawasiliano" katika karatasi ya ISFH. Sababu ni rahisi: karatasi ilipima ubora wa mawasiliano safi 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 huchagua kiwango kinene zaidi, kilicho imara zaidi. Muhimu zaidi, paste za mistari ya kibiashara hutumia mfumo tofauti wa glass-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 mwingiliano wa filamu hubadilika pamoja nayo. Nyembamba mno au nene mno na wafers huonyesha tofauti ya rangi, rangi isiyo sahihi na upunguzaji sawa wa urembo ambao hupunguza moja kwa moja mavuno ya urembo. Hiyo kwa upande wake inaweka sharti gumu kwa mtengenezaji wa pasta: pasta lazima ilingane na dirisha la mchakato wa filamu ya nyuma, sio kulazimisha filamu ya nyuma kubeba pasta moja maalum. Unene na joto lazima vilingane, na unene wa pasta na filamu lazima vilingane pia — mstari ni mfumo, sio marekebisho ya nukta moja.
Mambo matatu ambayo karatasi haikusema
Uhusiano kati ya POLO na TOPCon. Mguso wa POLO ambao ISFH ilitumia kimsingi ni oksidi nyembamba sana pamoja na polysilicon iliyowekwa dop (poly-Si/SiOx), kimsingi sawa na muundo wa nyuma wa TOPCon wa leo, kwa hivyo hitimisho huhamishwa moja kwa moja. POLO ni jina la kitaaluma ambalo ISFH ilipendekeza; TOPCon ni neno la kiwango cha tasnia; muundo sawa kwa asili.
Mfano wa pasta huathiri kina cha kupenya. Pasta tofauti zina muundo tofauti wa kioo cha frit na zinaweza kuchoma kupitia unene tofauti wa SiNx. 50-60nm ya ISFH inategemea pasta moja maalum — badilisha pasta na unaweza kuhitaji kurekebisha upya.
Uaminifu wa muda mrefu haujashughulikiwa. Je, mashimo madogo ya etch yatakua na kuwa makubwa katika miaka 25 ya kuzeeka nje? Je, kiolesura kitaharibika zaidi chini ya joto la unyevu? Karatasi haijibu.
Kuisoma pamoja na JA Solar 2016
| Ukubwa | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| Matumizi | Filamu ya kuzuia mwanga ya SiNx ya mbele (ARC) | Tabaka la kufunika la SiNx la nyuma |
| Lengo | Muundo wa kemikali wa SiNx (uwiano wa Si/N) | Unene wa kimwili wa SiNx |
| Kigezo cha msingi | Uwiano wa gesi SiH₄/NH₃ | Unene wa SiNx + joto la kuchoma |
| Hali ya kushindwa | Uwiano wa Si/N usio sahihi → usawa wa mnato wa frit → upinzani mkubwa wa mguso | Unene usio sahihi → kuchoma kupita kiasi au kushindwa kuchoma |
| Mwelekeo wa kurekebisha | Rekebisha uwiano wa gesi kwa dirisha bora | Linganisha unene na joto |
| Utaratibu unaoshirikiwa | Kinetiki ya mmenyuko wa Frit-SiNx huamua ubora wa mguso | Kina cha kupenya cha Frit-SiNx huamua ubora wa mguso |
Weka karatasi hizo mbili kando kwa 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 unadhuru kile kilicho chini wakati wa kuwasiliana.
Sukuma uwiano wa Si/N wa mipako na Rs inapanda, FF inaanguka, ufanisi unashuka
Kikumbusho kwa mstari: usiangalie tu poly unapotafuta upotevu wa ufanisi
Kwa kuwa karatasi zote mbili zimekamilika, turudi kwenye mstari wetu wenyewe. Unapofuatilia upotevu wa ufanisi, reflex ya mhandisi ni kuangalia kwanza unene wa poly ya nyuma, kiwango cha doping, unene wa oksidi ya tunnel — athari zao kwa FF na Voc zinaeleweka vizuri na hivi ni vitu vya kawaida vya kukagua. Lakini safu ya kufunika SiNx ya nyuma mara nyingi hupuuzwa kama "safu ya passivation/kuremba," na watu wachache huifikiria kwa upinzani wa mawasiliano.
Thamani ya karatasi hii ya ISFH ni hasa kwamba inarudisha kigezo hiki kilichopuuzwa kwenye meza: unene mbaya wa filamu ya nyuma, paste haichomi vizuri au inachoma kupita kiasi, na FF inaanguka vivyo hivyo. Wakati ujao utakapokutana na hali ya "vigezo vya poly havijagusa, lakini FF imeshuka kwa ajabu," usizunguke tu karibu na poly — rudi na uangalie kama unene wa filamu ya nyuma na joto la kuchoma bado vinaoana.
Ikumbukwe: jaribio la ISFH linatokana na kuchoma kwa kawaida. Teknolojia ya LECO inayotumika sana kwenye mistari sasa inaweza kuboresha mawasiliano kupitia hatua ya laser/umeme inayofuata, ambayo kwa kiasi fulani inapunguza usikivu kwa uoanishaji wa joto la kuchoma na unene — 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 tunaouanzisha — safu ya kufunika SiNx ya nyuma inachukuliwa kama filamu ya rangi tu, kisha FF inateleza kimya kimya bila mtu yeyote kuangalia uoanishaji wa unene na joto. Data ya ISFH inaendana na kile kinachosukuma watu kuelekea LECO, kwa kuwa kutenganisha uundaji wa mawasiliano na hatua ya kuchoma kunatoa nafasi halisi wakati kemia ya frit ya paste yako na dirisha la filamu ya nyuma hazikubaliani kikamilifu. Ikiwa unataka kuona jinsi hatua hizi zinavyofanya kazi kwenye mstari halisi wa moduli — mipako, kuchoma, kuunganisha na mengine yote — chaneli ya YouTube ya Ooitech kwenye www.youtube.com/ooitech inafaa kufuatiliwa. Na kumbuka hii ni utafiti wa kiwango cha seli; mstari wa moduli unarithi seli hizi lakini hatima ya mawasiliano tayari imefungwa mbele.
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)
