Efisiensi di Atas 26,3%, Apa yang Tersisa untuk Dioptimalkan di Bagian Belakang? Kontak Belakang tipe-n Mengejar Sinerji Bifasial, Sementara Kontak Belakang tipe-p Bergerak Menuju Bac
Daftar Isi
Di Atas Efisiensi 26,3%, Apa yang Tersisa untuk Dioptimalkan di Bagian Belakang?
“Lao Zhang, sel 26,66% menggunakan struktur belakang p-TOPCon penuh. Dalam makalah 26,34%, bagian depan diubah menjadi jari-jari n-TOPCon terlokalisasi, sementara bagian belakang menjadi kontak p-TOPCon area penuh. Apakah tumpukan SiOx/poly-Si lapisan ganda masih sama?”
Itu adalah pertanyaan lanjutan dari tim proses kami setelah kami selesai membahas sel 26,66% kemarin.
Arsitektur lapisan ganda belakang dasar hampir disalin dari desain 26,66%, tetapi sisi p-TOPCon memperkenalkan tiga kenop penyesuaian yang tidak disentuh oleh sel 26,66%. Strategi sisi depan juga sangat berbeda. Ini menjauh dari emitor boron resistansi tinggi 430 Ω/□ dan menuju jari-jari n-TOPCon terlokalisasi. Ini adalah dua pendekatan yang sangat berbeda untuk mengurangi rekombinasi.
Makalah 26,34% oleh Gao K. dkk. dapat dipandang sebagai studi saudari back-junction dari karya 26,66%. Membaca keduanya bersama-sama memberikan gambaran yang lebih jelas tentang apa yang mungkin diperlukan untuk mendekati efisiensi 27%.
Gao, K. dkk. “Kontak pasif oksida terowongan bifacial untuk sel surya silikon dan tandem silikon/perovskit dengan efisiensi yang ditingkatkan.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Tiga Angka di Balik Sel 26,34%
Efisiensi sambungan tunggal: 26,34% pada 335,5 cm², dengan Voc 743,2 mV, FF 85,0% dan Jsc 41,69 mA/cm².
Efisiensi tandem: 32,73%, menggunakan sel atas perovskite 1,68 eV. Voc tandem mencapai 1,961 V, sementara 80% kinerja awal tetap bertahan setelah 2.000 jam pelacakan MPP.
Definisi struktur: jari-jari n-TOPCon terdepan terlokalisasi dalam tata letak sambungan belakang, dikombinasikan dengan kontak belakang p-TOPCon lapisan ganda area penuh. Ini pada dasarnya adalah inversi cermin dari TOPCon konvensional, yang biasanya menggunakan emitor boron depan dan kontak n-TOPCon belakang.
Kontak Lapisan Ganda Belakang: Kerangka yang Sama, tetapi Tiga Kenop Proses Berbeda
Kontak belakang 26,66% menggunakan SiOx / n+ poly-Si terdoping ringan / SiOx / n+ poly-Si terdoping berat, dengan fosfor sebagai dopan.
Kontak belakang 26,34% menggunakan SiOx / p+ poly-Si setebal 36 nm / SiOx / p+ poly-Si setebal 90 nm, dengan doping boron.
Kedua struktur mengikuti urutan dasar yang sama: SiOx bawah, poly-Si dalam, SiOx antara dan poly-Si luar. Namun, versi p-TOPCon harus menghadapi masalah yang sudah lama ada.
p-TOPCon selalu menghadapi trade-off antara pasivasi dan kontak. Boron dapat menghasilkan lebih banyak cacat pada antarmuka Si/SiO₂ daripada fosfor, sementara metalisasi p+ poly-Si lebih sulit karena keterbatasan transportasi lubang dan interaksi yang lebih lemah antara pasta perak konvensional dan p+ poly-Si.
| Item perbandingan | Kontak belakang 26,66%: n-TOPCon area penuh | Kontak belakang 26,34%: p-TOPCon area penuh |
|---|---|---|
| Polaritas dopan | Fosfor, n+ | Boron, p+ |
| Ketebalan poly-Si dalam / luar | Sekitar 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; lapisan luar yang lebih tebal memberikan margin lebih untuk difusi boron dan metalisasi |
| SiOx antara | Sekitar 1,5 nm, dioksidasi secara termal pada 620°C | Sekitar 1 nm, terbentuk melalui oksidasi termal in-situ pada 650°C; lebih tipis karena tunneling lubang sudah lebih sulit di sisi p+ |
| Annealing | Perkiraan rentang 880–920°C dalam analisis sebelumnya | Pre-annealing pada 1050°C selama lebih dari 30 detik, mencapai 98% kristalinitas dan mendorong implied Voc ke 747 mV |
| Pasta perak | Pasta konvensional, dipasangkan dengan lapisan amorf luar untuk membatasi penetrasi Ag | Pasta yang dimodifikasi dengan oksida logam alkali dengan 4 wt% Na₂O/K₂O dan bubuk perak kasar, mengurangi resistivitas kontak menjadi 0,55 mΩ·cm² |
| Morfologi belakang | Pemolesan belakang konvensional | Pemolesan belakang planar karena p-TOPCon lebih sensitif terhadap tekstur permukaan dan memerlukan J₀ yang lebih rendah |
| Target utama | Blokir penetrasi Ag sambil mempertahankan pasivasi | Blokir penetrasi Ag, tekan cacat antarmuka terkait boron dan tingkatkan metalisasi p+ poly-Si |
Data proses yang dilaporkan mencakup oksidasi belakang in-situ pada 650°C, lapisan SiOx antara sekitar 1 nm, doping boron 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% kristalinitas setelah pre-annealing 1050°C, implied Voc 747 mV, dan resistivitas kontak 0,55 mΩ·cm² menggunakan pasta yang dimodifikasi alkali dengan bubuk perak kasar.
Satu detail mudah terlewatkan. Lapisan luar p+ poly-Si setebal 90 nm, 50% lebih tebal dari lapisan luar sekitar 60 nm yang digunakan pada sisi n-TOPCon.
Ini bukan peningkatan sembarangan. Boron memiliki kelarutan padat yang lebih rendah dalam poly-Si daripada fosfor, sehingga bagian yang didoping berat membutuhkan lebih banyak ketebalan untuk mengurangi resistivitas kontak. Pada saat yang sama, langkah pre-annealing 1050°C mendorong boron ke dalam. Lapisan luar yang lebih tebal membantu mencegah boron menembus dan merusak lapisan SiOx bagian bawah.
Itu kebalikan dari strategi n-TOPCon, di mana lapisan luar bisa tetap lebih tipis dan lebih amorf.
Sisi Depan: Strategi 430 Ω/□ Digantikan oleh Lokalisasi
Pertanyaan yang tersisa dari studi sebelumnya adalah apakah strategi emitor boron resistansi tinggi 430 Ω/□ masih akan berlaku untuk kontak depan n-TOPCon yang dijari.
Jawaban dari sel 26,34% jelas: tidak. Desain beralih ke jalur yang berbeda.
Sel 26,66% menggunakan emitor depan terdifusi boron konvensional dengan resistansi lembaran 430 Ω/□. Jari-jari logam halus sekitar 10 μm mengkompensasi konduktivitas lateral yang lebih lemah.
Sel 26,34% menghilangkan emitor boron depan konvensional dan menggantinya dengan jari-jari n-TOPCon berpola selebar sekitar 210 μm, meninggalkan poly-Si hanya di bawah daerah kontak logam.
Mekanisme pengurangan rekombinasi karena itu berubah dari mengencerkan konsentrasi dopan melalui resistansi lembaran tinggi menjadi mengurangi area yang ditutupi oleh poly-Si.
Tekstur dimodifikasi terlebih dahulu. Ozon dan HF digunakan untuk membulatkan ujung piramida. Ini mengurangi pasivasi yang buruk dan korosi pasta perak di sekitar puncak tekstur yang tajam.
Medan termal gradien, atau GTF, diperkenalkan ke dalam LPCVD. Lebar penuh Raman pada setengah maksimum mencapai 8,4 cm⁻¹. Nilai yang lebih rendah menunjukkan kristalinitas yang lebih baik. Medan termal gradien meningkatkan keseragaman suhu lateral dan vertikal serta meningkatkan kristalinitas n+ poly-Si.
Doping fosfor mencapai 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Ini sekitar satu orde magnitudo lebih tinggi dari konsentrasi fosfor yang digunakan pada kontak belakang 26,66%. Jari-jari n+ depan dirancang untuk konduktivitas daripada pasivasi area penuh. Sebagian besar pekerjaan pasivasi dilakukan oleh kontak p-TOPCon belakang area penuh.
Lebar jari-jari sekitar 210 μm. Poly-Si tetap berada di bawah logam, sementara area bertekstur non-kontak dibiarkan terbuka. Ini secara substansial mengurangi penyerapan parasit sisi depan dibandingkan dengan kontak poly-Si area penuh.
Pendekatan 430 Ω/□ termasuk dalam era emitor boron. Dalam struktur n-TOPCon berjari, rekombinasi dikendalikan melalui cakupan poly-Si terlokalisasi, tekstur permukaan membulat, dan kristalinitas yang lebih baik dari GTF-LPCVD, daripada hanya meningkatkan resistansi lembaran.
Ini membantu menjelaskan bagaimana sel 26,34% mencapai Voc 743,2 mV, mendekati 744,6 mV yang dilaporkan untuk sel 26,66%, sementara juga mencapai Jsc yang lebih tinggi. Kontak depan terlokalisasi mengurangi penyerapan parasit yang akan tetap ada dalam struktur poly-Si depan area penuh.
Perbandingan Berdampingan dari Dua Desain Saudara 26%
Kontak SiOx/poly-Si Lapisan Ganda Belakang
| Lapisan atau proses | 26.66% n-TOPCon belakang | 26.34% p-TOPCon belakang | Alasan utama perbedaan |
|---|---|---|---|
| SiOx bawah | Sekitar 1.3–1.6 nm, terbentuk dalam O₂ pada 620°C | Sekitar 1.8 nm, terbentuk in situ pada 650°C | Sisi tipe-p membutuhkan penghalang yang lebih kuat terhadap penetrasi boron, meskipun tunneling lubang lebih sulit |
| Poly-Si dalam | Sekitar 40 nm, didoping fosfor ringan dan sangat kristalin | 36 nm, didoping boron ringan | Boron memiliki kelarutan padat yang lebih rendah; lapisan dalam yang lebih tipis masih dapat mendukung pasivasi |
| SiOx antara | Sekitar 1.5 nm, terbentuk dalam O₂ pada 620°C | Sekitar 1 nm, terbentuk in situ | Tunneling lebih menuntut pada sisi tipe-p, sehingga lapisan perantara tidak boleh terlalu tebal |
| Poly-Si luar | Sekitar 60 nm, didoping fosfor berat dan terutama amorf | 90 nm, didoping boron berat | Metalisasi p+ poly-Si lebih sulit, membutuhkan lapisan yang lebih tebal dan pasta yang dimodifikasi |
| Annealing | Sekitar 880–920°C | Pra-anil 1050°C, mencapai 98% kristalinitas | Boron membutuhkan suhu aktivasi yang lebih tinggi, sementara proses juga harus mengontrol cacat antarmuka terkait boron |
| Pasta perak | Pasta konvensional dipasangkan dengan lapisan luar amorf | 4 wt% oksida logam alkali ditambah bubuk perak kasar | Metalisasi p+ poly-Si tetap menjadi salah satu hambatan proses utama |
Perbandingan Sisi Depan
| Item | 26.66% sisi depan | 26.34% sisi depan |
|---|---|---|
| Struktur | Emitter boron-difusi area penuh | Jari-jari n-TOPCon terlokalisasi sekitar 210 μm lebar |
| Strategi kontrol rekombinasi | Resistansi lembar tinggi 430 Ω/□ untuk doping encer | Cakupan poly-Si yang dikurangi dikombinasikan dengan tekstur membulat |
| Tekstur permukaan | Tekstur piramida terbalik konvensional | Piramida membulat yang diolah ozon dan HF |
| Deposisi Poly-Si | Tidak berlaku | GTF-LPCVD dengan Raman FWHM 8,4 cm⁻¹ |
| Dopant | Boron | Fosfor pada 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Apa yang Dikatakan Kedua Makalah tentang Pengembangan Kontak Belakang di Atas 26%
Pesan gabungannya cukup langsung.
Pada level 25%, fokusnya adalah perilaku lubang jarum dari lapisan oksida. Pada level 26%, pengembangan bergerak menuju struktur SiOx/poly-Si lapisan ganda dan rekayasa metalisasi. Di atas 26,3%, jalur mulai bercabang: kontak belakang n-TOPCon mengejar sinergi listrik bifacial, sementara kontak belakang p-TOPCon bergerak menuju tata letak back-junction dengan jari depan lokal. Yang terakhir sudah mendekati arsitektur BC-TOPCon parsial.
Lapisan SiOx antara yang digunakan untuk memblokir penetrasi perak adalah fitur bersama dari kedua desain kontak belakang lapisan ganda. Namun, sisi p-TOPCon harus menyelesaikan tiga masalah tambahan:
Langkah pra-annealing 1050°C diperlukan untuk mengaktifkan boron, meningkatkan kristalinitas, dan menekan masalah antarmuka terkait boron.
Pasta perak yang dimodifikasi dengan oksida logam alkali diperlukan untuk mengatasi metalisasi p+ poly-Si yang sulit.
Pemolesan dan planarization sisi belakang menjadi lebih kritis karena p-TOPCon lebih sensitif terhadap tekstur permukaan dan efeknya pada J₀.
Masalah-masalah ini tidak menjadi pusat perhatian dalam desain n-TOPCon 26,66%. Sederhananya, kontak p-TOPCon lapisan ganda lebih sulit diproduksi daripada kontak n-TOPCon, tetapi mungkin menawarkan potensi Voc yang lebih tinggi setelah prosesnya terkendali.
Kontak belakang p-TOPCon lapisan ganda pada sel 26,34% mencapai implied Voc 747 mV, sedikit lebih tinggi dari perkiraan level implied Voc keseluruhan yang dibahas untuk desain 26,66%.
Parameter Jalur Produksi yang Dapat Diterapkan Langsung
Tingkatkan pemolesan dan planarization sisi belakang. Jalur produksi p-TOPCon tidak boleh memperlakukan pemolesan sisi belakang sebagai proses yang hanya perlu “cukup baik.” Planarization memiliki pengaruh yang lebih kuat pada J₀ kontak p-TOPCon lapisan ganda dibandingkan pada n-TOPCon.
Bentuk lapisan SiOx antara secara in situ pada sekitar 1 nm. Menyalin oksida termal 1,5 nm yang digunakan dalam struktur n-TOPCon 26,66% dapat mengurangi tunneling dan merusak FF pada sisi tipe-p.
Perkenalkan langkah pra-anil pada suhu 1050°C. Tanpa perlakuan ini, aktivasi boron dan kristalinitas 98% sulit dicapai, sehingga implied Voc sebesar 747 mV tidak mungkin tercapai.
Gunakan pasta perak yang dimodifikasi dengan oksida logam alkali. Formulasi yang dilaporkan menggunakan 4 wt% Na₂O/K₂O dan bubuk perak kasar. Resistivitas kontak 0,55 mΩ·cm² adalah target yang sulit untuk sisi p-TOPCon. Pasta konvensional dapat menyebabkan resistansi seri meningkat tajam pada kontak p+.
Kontrol lebar jari-jari depan sekitar 210 μm. Akurasi pola laser harus sejalan dengan geometri kontak yang lebih sempit. Mengurangi lebar jari-jari lebih lanjut dapat mengurangi penyerapan parasit, tetapi kerusakan laser pada tumpukan lapisan ganda perlu dievaluasi ulang.
Pertanyaan Selanjutnya untuk BC-TOPCon
Struktur 26,34%, dengan jari-jari n-TOPCon depan dan kontak belakang p-TOPCon lapisan ganda area penuh, secara efektif adalah versi parsial dari BC-TOPCon.
Langkah logis berikutnya adalah melokalisasi kontak p-TOPCon belakang juga, dengan mengatur jari-jari tipe-p dan jari-jari tipe-n belakang dalam pola interdigitasi. Itu akan menciptakan struktur BC-TOPCon yang sebenarnya.
Ini menimbulkan pertanyaan baru. Haruskah lapisan SiOx antara pada kontak p-TOPCon belakang yang terlokalisasi tetap berupa SiO₂ murni, atau diganti dengan SiOx yang didoping nitrogen mengikuti rute tipe OGO untuk memperkuat pasivasi medan? Pilihan lain adalah tumpukan AlOx/SiOx, menggunakan efek medan aluminium oksida bersama dengan kontak SiOx/poly-Si lapisan ganda.
Studi 26,34% tidak mengeksplorasi masalah ini karena kontak p-TOPCon belakangnya tetap area penuh dan tidak bergantung pada pasivasi efek medan terlokalisasi. Namun, setelah kontak tipe-p belakang menjadi berbentuk jari-jari, kombinasi pasivasi efek medan AlOx dan struktur SiOx/poly-Si lapisan ganda dapat menjadi opsi langkah berikutnya yang serius.
Ada juga pertanyaan proses terkait tandem. Sel bawah yang digunakan dalam tandem 32,73% memiliki permukaan depan bertekstur. Simulasi pada Gambar 1 menunjukkan bahwa konfigurasi finger-TOPCon dua sisi mungkin memiliki potensi tandem yang lebih tinggi daripada struktur TOPCon dua sisi area penuh.
Namun bagaimana keseragaman fotoluminesensi harus dikendalikan di seluruh permukaan depan bertekstur dengan jari-jari n-TOPCon yang terlokalisasi? Energi laser yang berlebihan dapat membakar atau meratakan ujung piramida secara lokal. Hal itu dapat mengonsumsi sebagian dari jendela proses yang diciptakan oleh perlakuan piramida membulat.
Di ketiga studi—dari sel Das Solar 25,4% hingga sel 26,66% dan 26,34%—logika kontak belakang telah melalui tiga generasi: kontrol lubang jarum oksida, perlindungan lapisan ganda terhadap penetrasi perak, dan akhirnya p-TOPCon lapisan ganda yang dikombinasikan dengan metalisasi yang dimodifikasi logam alkali.
Pandangan Ooitech
Jendela proses adalah hambatan nyata di sini. Setelah p-TOPCon berpindah dari kontak belakang area penuh ke jari-jari BC yang terlokalisasi, resistivitas kontak, kerusakan laser, aktivasi boron, dan pasivasi efek medan harus dioptimalkan sebagai satu sistem yang tergandeng. Lapisan SiOx antara yang lebih tipis dapat melindungi FF, tetapi juga menyisakan lebih sedikit margin terhadap penetrasi perak dan kerusakan antarmuka yang didorong oleh boron. Hasil berguna berikutnya adalah yang menunjukkan jendela integrasi lengkap ini pada wafer ukuran produksi, bukan hanya nilai efisiensi puncak.
