فوق كفاءة 26.3%، ما الذي تبقى لتحسينه في الخلف؟ الوصلات الخلفية من النوع n تسعى لتآزر ثنائي الوجه، بينما الوصلات الخلفية من النوع p تتجه نحو الخلف
جدول المحتويات
فوق كفاءة 26.3%، ما المتبقي لتحسينه في الخلف؟
"يا لاو تشانغ، الخلية بكفاءة 26.66% استخدمت بنية TOPCon خلفية كاملة من النوع p. في ورقة 26.34%، تم تغيير الأمام إلى أصابع n-TOPCon موضعية، بينما أصبح الخلف اتصال p-TOPCon كامل المساحة. هل لا تزال حزمة SiOx/poly-Si مزدوجة الطبقة كما هي؟"
كان هذا السؤال المتابع من فريق العمليات لدينا بعد أن انتهينا من مناقشة خلية 26.66% بالأمس.
البنية الخلفية الأساسية مزدوجة الطبقة منسوخة تقريبًا من تصميم 26.66%، لكن جانب p-TOPCon يقدم ثلاثة مقابض ضبط لم تلمسها خلية 26.66%. استراتيجية الجانب الأمامي مختلفة تمامًا أيضًا. إنها تبتعد عن باعث البورون عالي المقاومة 430 Ω/□ وتتجه نحو أصابع n-TOPCon موضعية. هذان نهجان مختلفان جدًا لتقليل إعادة التركيب.
يمكن اعتبار ورقة 26.34% بقلم Gao K. وآخرين دراسة شقيقة للوصلة الخلفية لعمل 26.66%. قراءتهما معًا تعطي صورة أوضح لما قد يكون مطلوبًا للاقتراب من كفاءة 27%.
Gao, K. وآخرون. "اتصالات تخميل نفقية ثنائية الوجه للسيليكون وخلايا شمسية ترادفية من البيروفسكايت/السيليكون بكفاءة محسنة." Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
ثلاثة أرقام خلف خلية 26.34%
كفاءة الوصلة المفردة: 26.34% على مساحة 335.5 سم²، مع Voc يبلغ 743.2 مللي فولت، وFF بنسبة 85.0% وJsc يبلغ 41.69 مللي أمبير/سم².
كفاءة الترادف: 32.73%، باستخدام خلية بيروفسكايت علوية بفجوة نطاق 1.68 إلكترون فولت. وصل Voc الترادفي إلى 1.961 فولت، بينما بقي 80% من الأداء الأولي بعد 2000 ساعة من تتبع نقطة الطاقة القصوى.
التعريف الهيكلي: أصابع أمامية موضعية من نوع n-TOPCon في تصميم تقاطع خلفي، مدمجة مع تلامس خلفي مزدوج الطبقة كامل المساحة من نوع p-TOPCon. هذا هو في الأساس انعكاس مرآوي لـ TOPCon التقليدي، الذي يستخدم عادةً باعث بورون أمامي وتلامس خلفي من نوع n-TOPCon.
التلامس الخلفي مزدوج الطبقة: نفس الهيكل الأساسي، لكن ثلاث مقابض معالجة مختلفة
التلامس الخلفي بكفاءة 26.66% يستخدم SiOx / بولي-Si مخدر خفيفًا من النوع n+ / SiOx / بولي-Si مخدر بشدة من النوع n+، مع الفوسفور كعنصر مخدر.
التلامس الخلفي بكفاءة 26.34% يستخدم SiOx / بولي-Si من النوع p+ بسمك 36 نانومتر / SiOx / بولي-Si من النوع p+ بسمك 90 نانومتر، مع تخدير البورون.
كلا الهيكلين يتبعان نفس التسلسل الأساسي: SiOx سفلي، بولي-Si داخلي، SiOx وسيط، وبولي-Si خارجي. ومع ذلك، يجب على نسخة p-TOPCon التعامل مع مشكلة طويلة الأمد.
واجه p-TOPCon دائمًا مقايضة بين التخميل والتلامس. يمكن أن يولد البورون عيوبًا أكثر عند واجهة Si/SiO₂ مقارنة بالفوسفور، بينما تعد معالجة البولي-Si من النوع p+ أكثر صعوبة بسبب قيود نقل الثقوب والتفاعل الأضعف بين معجون الفضة التقليدي والبولي-Si من النوع p+.
| عنصر المقارنة | التلامس الخلفي بكفاءة 26.66%: n-TOPCon كامل المساحة | التلامس الخلفي بكفاءة 26.34%: p-TOPCon كامل المساحة |
|---|---|---|
| قطبية العنصر المخدر | فوسفور، n+ | بورون، p+ |
| سمك البولي-Si الداخلي / الخارجي | حوالي 40 / 60 نانومتر | 36 / 90 نانومتر؛ توفر الطبقة الخارجية الأكثر سمكًا هامشًا أكبر لانتشار البورون والمعالجة المعدنية |
| SiOx الوسيط | حوالي 1.5 نانومتر، مؤكسد حراريًا عند 620 درجة مئوية | حوالي 1 نانومتر، يتكون عن طريق الأكسدة الحرارية الموضعية عند 650 درجة مئوية؛ أرق لأن نفق الثقوب أصعب بالفعل على جانب p+ |
| المعالجة الحرارية | تقديريًا في نطاق 880-920 درجة مئوية في التحليل السابق | معالجة حرارية مسبقة عند 1050 درجة مئوية لأكثر من 30 ثانية، لتحقيق تبلور بنسبة 98% ورفع جهد الدائرة المفتوحة الضمني إلى 747 مللي فولت |
| معجون الفضة | معجون تقليدي، مقترن بطبقة خارجية غير متبلورة للحد من اختراق الفضة | معجون معدل بأكسيد فلز قلوي بنسبة 4٪ وزنيًا Na₂O/K₂O ومسحوق فضي خشن، مما يقلل مقاومة التلامس إلى 0.55 مΩ·سم² |
| مورفولوجيا الخلفية | تلميع خلفي تقليدي | تلميع خلفي مستوٍ لأن p-TOPCon أكثر حساسية لخشونة السطح ويتطلب J₀ أقل |
| الهدف الرئيسي | منع اختراق الفضة مع الحفاظ على التخميل | منع اختراق الفضة، وقمع عيوب الواجهة المرتبطة بالبورون وتحسين معدنة p+ بولي-سي |
تشمل بيانات العملية المبلغ عنها أكسدة خلفية في الموقع عند 650 درجة مئوية، وطبقة SiOx وسيطة بسمك حوالي 1 نانومتر، وتطعيم بالبورون بتركيز 1 × 10²⁰ سم⁻³، وبلورة بنسبة 98٪ بعد التلدين المسبق عند 1050 درجة مئوية، وجهد Voc ضمني قدره 747 مللي فولت، ومقاومة تلامس قدرها 0.55 مΩ·سم² باستخدام معجون معدل بفلز قلوي مع مسحوق فضي خشن.
هناك تفصيل واحد يسهل تفويته. طبقة p+ بولي-سي الخارجية بسمك 90 نانومتر، أي أسمك بنسبة 50٪ من الطبقة الخارجية التي يبلغ سمكها حوالي 60 نانومتر المستخدمة في جانب n-TOPCon.
هذه ليست زيادة عشوائية. البورون لديه قابلية ذوبان صلبة أقل في بولي-سي من الفوسفور، لذا يحتاج الجزء المطعم بشدة إلى سمك أكبر لتقليل مقاومة التلامس. في الوقت نفسه، تدفع خطوة التلدين المسبق عند 1050 درجة مئوية البورون إلى الداخل. تساعد الطبقة الخارجية الأسمك في منع البورون من الاختراق وإتلاف طبقة SiOx السفلية.
هذا عكس استراتيجية n-TOPCon، حيث يمكن أن تبقى الطبقة الخارجية أرق وأكثر غير متبلورة.
الجانب الأمامي: استراتيجية 430 أوم/□ تُستبدل بالتوطين
السؤال الذي تركته الدراسة السابقة هو ما إذا كانت استراتيجية باعث البورون عالي المقاومة 430 أوم/□ ستظل تنطبق على تلامس أمامي n-TOPCon بأصابع معدنية.
الإجابة من خلية 26.34٪ واضحة: لا تنطبق. التصميم ينتقل إلى مسار مختلف.
خلية 26.66٪ تستخدم باعثًا أماميًا تقليديًا منتشرًا بالبورون بمقاومة صفائحية 430 أوم/□. أصابع معدنية دقيقة بعرض حوالي 10 ميكرومتر تعوض التوصيل الجانبي الأضعف.
خلية 26.34٪ تزيل باعث البورون الأمامي التقليدي وتستبدله بـ أصابع n-TOPCon منقوشة بعرض حوالي 210 ميكرومتر، تاركة بولي-سي فقط تحت مناطق التلامس المعدني.
لذا تتغير آلية تقليل إعادة التركيب من تخفيف تركيز المنشطات عبر مقاومة صفائحية عالية إلى تقليل المساحة المغطاة ببولي-سي.
يتم تعديل النسيج أولاً. يُستخدم الأوزون وحمض الهيدروفلوريك لتدوير أطراف الأهرامات. وهذا يقلل من ضعف التخميل وتآكل معجون الفضة حول قمم النسيج الحادة.
يتم إدخال مجال حراري متدرج، أو GTF، في عملية الترسيب الكيميائي للبخار عند الضغط المنخفض (LPCVD). يصل عرض القمة عند نصف الارتفاع في طيف رامان إلى 8.4 سم⁻¹. القيمة الأقل تشير إلى تبلور أفضل. يعمل المجال الحراري المتدرج على تحسين تجانس درجة الحرارة الأفقي والرأسي ويرفع تبلور البولي سيليكون من النوع n+.
يصل تطعيم الفوسفور إلى 3.3 × 10²⁰ سم⁻³. وهذا أعلى بحوالي مرتبة واحدة من تركيز الفوسفور المستخدم في التلامس الخلفي بنسبة 26.66%. تم تصميم الأصابع الأمامية من النوع n+ للتوصيل وليس للتخميل الكامل للمساحة. معظم أعمال التخميل تقوم بها جهة التلامس الخلفية الكاملة من نوع p-TOPCon.
يبلغ عرض الإصبع حوالي 210 ميكرومتر. يبقى البولي سيليكون تحت المعدن، بينما تُترك المنطقة المحفورة غير الملامسة مكشوفة. وهذا يقلل بشكل كبير من الامتصاص الطفيلي في الجانب الأمامي مقارنةً بملامسة البولي سيليكون الكاملة المساحة.
نهج 430 أوم/□ ينتمي إلى عصر باعث البورون. في بنية n-TOPCon ذات الأصابع، يتم التحكم في إعادة التركيب من خلال تغطية البولي سيليكون الموضعية، والنسيج السطحي المدور، والتبلور المحسن من GTF-LPCVD، وليس ببساطة عن طريق زيادة مقاومة الصفائح.
يساعد هذا في تفسير كيف تصل الخلية بنسبة 26.34% إلى جهد الدائرة المفتوحة 743.2 مللي فولت، بالقرب من 744.6 مللي فولت المبلغ عنها للخلية بنسبة 26.66%، بينما تحقق أيضًا تيار دائرة قصر أعلى. يقلل التلامس الأمامي الموضعي من الامتصاص الطفيلي الذي قد يبقى في بنية البولي سيليكون الأمامية كاملة المساحة.
مقارنة جنبًا إلى جنب بين تصميمي الأختين بنسبة 26%
تلامسات خلفية مزدوجة الطبقة من SiOx/بولي سيليكون
| الطبقة أو العملية | خلفية n-TOPCon بنسبة 26.66% | خلفية p-TOPCon بنسبة 26.34% | السبب الرئيسي للاختلاف |
|---|---|---|---|
| SiOx السفلي | حوالي 1.3–1.6 نانومتر، يتكون في O₂ عند 620 درجة مئوية | حوالي 1.8 نانومتر، يتكون في الموقع عند 650 درجة مئوية | الجانب من النوع p يحتاج إلى حاجز أقوى ضد اختراق البورون، على الرغم من أن حفر الثقوب أصعب |
| البولي سيليكون الداخلي | حوالي 40 نانومتر، مخدر بالفوسفور بشكل خفيف وعالي التبلور | 36 نانومتر، مُنشّط بالبورون بشكل خفيف | البورون لديه قابلية ذوبان صلبة أقل؛ طبقة داخلية أرق يمكنها still دعم التخميل |
| SiOx الوسيط | حوالي 1.5 نانومتر، تشكلت في O₂ عند 620 درجة مئوية | حوالي 1 نانومتر، تشكلت في الموقع | الأنفاق أكثر تطلبًا على الجانب من النوع p، لذا لا يمكن أن تكون الطبقة الوسيطة سميكة جدًا |
| بولي-Si الخارجي | حوالي 60 نانومتر، مُنشّط بالفوسفور بشكل كبير وغير متبلور في الغالب | 90 نانومتر، مُنشّط بالبورون بشكل كبير | تعدين p+ بولي-Si أكثر صعوبة، يتطلب طبقة أسمك ومعجون معدل |
| المعالجة الحرارية | حوالي 880–920 درجة مئوية | معالجة مسبقة عند 1050 درجة مئوية، تصل إلى 98% تبلور | البورون يتطلب درجة حرارة تنشيط أعلى، بينما يجب أن تتحكم العملية أيضًا في عيوب الواجهة المرتبطة بالبورون |
| معجون الفضة | معجون تقليدي مقترن بطبقة خارجية غير متبلورة | 4% بالوزن أكسيد فلز قلوي بالإضافة إلى مسحوق فضي خشن | تعدين p+ بولي-Si يظل أحد الاختناقات الرئيسية في العملية |
مقارنة الجانب الأمامي
| البند | 26.66% الجانب الأمامي | 26.34% الجانب الأمامي |
|---|---|---|
| البنية | باعث منتشر بالبورون على كامل المساحة | أصابع n-TOPCon موضعية بعرض حوالي 210 ميكرومتر |
| استراتيجية التحكم في إعادة التركيب | مقاومة صفائحية عالية تبلغ 430 أوم/مربع لتخفيف التنشيط | تغطية بولي-Si مخفضة مقترنة بنسيج مدور |
| نسيج السطح | نسيج هرمي مقلوب تقليدي | أهرام مدورة معالجة بالأوزون وHF |
| ترسيب بولي-Si | غير قابل للتطبيق | GTF-LPCVD مع FWHM رامان يبلغ 8.4 سم⁻¹ |
| مادة منشطة | بورون | فوسفور بتركيز 3.3 × 10²⁰ سم⁻³ |
ماذا تقول الورقتان حول تطوير جهة الاتصال الخلفية فوق 26%
الرسالة المجمعة مباشرة إلى حد ما.
عند مستوى 25%، كان التركيز على سلوك الثقوب في طبقة الأكسيد. عند مستوى 26%، اتجه التطوير نحو هياكل ثنائية الطبقة SiOx/poly-Si وهندسة المعدنة. فوق 26.3%، تبدأ المسارات في الانقسام: جهات الاتصال الخلفية n-TOPCon تسعى إلى التآزر الكهربائي ثنائي الوجه، بينما تتجه جهات الاتصال الخلفية p-TOPCon نحو تصميم تقاطع خلفي مع أصابع أمامية موضعية. هذا الأخير قريب بالفعل من بنية BC-TOPCon جزئية.
طبقة SiOx الوسيطة المستخدمة لمنع اختراق الفضة هي ميزة مشتركة في كلا التصميمين الخلفيين ثنائيي الطبقة. ومع ذلك، يجب على جانب p-TOPCon حل ثلاث مشاكل إضافية:
هناك حاجة إلى خطوة معالجة حرارية مسبقة عند 1050 درجة مئوية لتنشيط البورون، وزيادة التبلور، وقمع المشاكل المتعلقة بالبورون في الواجهة.
هناك حاجة إلى معجون فضي معدل بأكسيد فلز قلوي لمعالجة صعوبة المعدنة لـ p+ poly-Si.
يصبح تلميع وتسوية الجانب الخلفي أكثر أهمية لأن p-TOPCon أكثر حساسية لخشونة السطح وتأثيرها على J₀.
لم تكن هذه المشكلات محورية في تصميم n-TOPCon بنسبة 26.66%. ببساطة، إن اتصال p-TOPCon الخلفي ثنائي الطبقة أكثر صعوبة في التصنيع من نظيره n-TOPCon، لكنه قد يوفر إمكانات Voc أعلى بمجرد التحكم في العملية.
وصل اتصال p-TOPCon الخلفي ثنائي الطبقة في الخلية بنسبة 26.34% إلى Voc ضمني قدره 747 مللي فولت، وهو أعلى قليلاً من مستوى Voc الضمني الإجمالي المقدر الذي تمت مناقشته لتصميم 26.66%.
معلمات خط الإنتاج التي يمكن تطبيقها مباشرة
تحسين تلميع وتسوية الجانب الخلفي. يجب ألا يتعامل خط إنتاج p-TOPCon مع التلميع الخلفي كعملية تحتاج فقط إلى أن تكون "جيدة بما فيه الكفاية". للتسوية تأثير أقوى على J₀ لاتصال p-TOPCon ثنائي الطبقة مقارنة بـ n-TOPCon.
تشكيل طبقة SiOx الوسيطة في الموقع بسمك حوالي 1 نانومتر. قد يؤدي نسخ الأكسيد الحراري بسمك 1.5 نانومتر المستخدم في بنية n-TOPCon بنسبة 26.66% إلى تقليل النفق وإضعاف FF على الجانب p.
إدخال خطوة معالجة حرارية مسبقة عند 1050 درجة مئوية. بدون هذه المعالجة، يصعب تحقيق تنشيط البورون وتبلور بنسبة 98%، مما يجعل Voc ضمني قدره 747 مللي فولت غير مرجح.
استخدام معجون فضي معدل بأكسيد فلز قلوي. تستخدم التركيبة المذكورة 4٪ بالوزن من Na₂O/K₂O ومسحوق الفضة الخشن. مقاومة التلامس البالغة 0.55 مΩ·سم² هدف صعب لجانب p-TOPCon. يمكن أن يتسبب المعجون التقليدي في ارتفاع المقاومة التسلسلية بشكل حاد عند تلامس p+.
تحكم في عرض الإصبع الأمامي عند حوالي 210 ميكرومتر. يجب أن تواكب دقة النقش بالليزر هندسة التلامس الأضيق. يمكن أن يؤدي تقليل عرض الإصبع إلى تقليل الامتصاص الطفيلي مرة أخرى، ولكن يجب إعادة تقييم الضرر الناتج عن الليزر على الطبقة المزدوجة.
السؤال التالي لـ BC-TOPCon
بنية 26.34٪، مع أصابع n-TOPCon الأمامية وتلامس خلفي كامل المساحة من طبقة مزدوجة p-TOPCon، هي في الواقع نسخة جزئية من BC-TOPCon.
ستكون الخطوة المنطقية التالية هي توطين تلامس p-TOPCon الخلفي أيضًا، وترتيب أصابع p الخلفية وأصابع n في نمط متشابك. سيؤدي ذلك إلى إنشاء بنية BC-TOPCon حقيقية.
هذا يثير سؤالًا جديدًا. هل يجب أن تبقى طبقة SiOx الوسيطة في تلامس p-TOPCon الخلفي الموضعي SiO₂ نقيًا، أم يجب استبدالها بـ SiOx المطعّم بالنيتروجين باتباع مسار OGO-type لتعزيز التخميل الميداني؟ خيار آخر سيكون مكدس AlOx/SiOx، باستخدام التأثير الميداني لأكسيد الألومنيوم مع تلامس SiOx/poly-Si المزدوج الطبقة.
لم تستكشف دراسة 26.34٪ هذه المشكلة لأن تلامس p-TOPCon الخلفي ظل كامل المساحة ولم يعتمد على التخميل الميداني الموضعي. ومع ذلك، بمجرد أن يصبح تلامس p الخلفي على شكل أصابع، قد يصبح الجمع بين التخميل الميداني AlOx وهيكل SiOx/poly-Si المزدوج الطبقة خيارًا جادًا للخطوة التالية.
هناك أيضًا سؤال عملية متعلق بالترادف. الخلية السفلية المستخدمة في الترادف بنسبة 32.73٪ لها سطح أمامي محكم. تشير المحاكاة في الشكل 1 إلى أن تكوين TOPCon ذو الأصابع على الوجهين قد يكون له إمكانات ترادفية أعلى من هيكل TOPCon كامل المساحة على الوجهين.
ولكن كيف يجب التحكم في تجانس التألق الضوئي عبر سطح أمامي محكم مع أصابع n-TOPCon موضعية؟ يمكن أن تحرق طاقة الليزر المفرطة أطراف الأهرامات أو تسطحها محليًا. قد يستهلك ذلك جزءًا من نافذة العملية التي أنشأها معالجة الأهرامات المستديرة.
عبر الدراسات الثلاث—من خلية Das Solar بنسبة 25.4٪ إلى الخلايا بنسبة 26.66٪ و26.34٪—تطور منطق التلامس الخلفي عبر ثلاثة أجيال: التحكم في ثقوب الأكسيد، حماية مزدوجة الطبقات ضد اختراق الفضة، وأخيرًا طبقة p-TOPCon مزدوجة مقترنة بمعالجة معدنية معدلة بالمعادن القلوية.
رؤية Ooitech
نافذة العملية هي العائق الحقيقي هنا. بمجرد انتقال p-TOPCon من التلامس الخلفي الكامل إلى أصابع BC الموضعية، يجب تحسين مقاومة التلامس، وضرر الليزر، وتفعيل البورون، وتمرير تأثير المجال كنظام واحد مترابط. قد تحمي طبقة SiOx الوسيطة الرقيقة عامل التعبئة، لكنها تترك أيضًا هامشًا أقل ضد اختراق الفضة وتلف الواجهة الناتج عن البورون. النتيجة المفيدة التالية ستكون تلك التي تُظهر نافذة التكامل الكاملة هذه على رقائق بحجم الإنتاج، وليس فقط قيمة كفاءة قصوى.
