Bagaimana Pasta Perak "Menembus" poly-Si di Sisi Belakang TOPCon

Pendahuluan

Terakhir kali kita membahas pasta perak sisi depan. Intinya di sana adalah "bakar sampai tembus." Mengapa satu proses laser bisa memaksa seluruh pasta perak sisi depan diganti?

Sisi belakang justru kebalikannya.

Perak tetap harus masuk. Tapi begitu masuk, ia harus langsung berhenti.

Karena di depan, jika perak tidak terbakar masuk, resistansi kontak tidak akan turun. Di belakang, jika perak terbakar terlalu dalam, ia menembus langsung bagian paling berharga dari TOPCon — kontak terpasivasi.

Jadi metalisasi sisi depan adalah tentang "bagaimana masuk." Metalisasi sisi belakang adalah tentang "bagaimana berhenti setelah masuk."

Artikel ini menguraikan sisi belakang secara menyeluruh: mengapa perak "menggigit" polisilikon, apa yang terjadi setelah itu, dan bagaimana desain polisilikon dua lapis terbaru membangun jalan bagi perak yang bertuliskan "berhenti saat tiba."

Lihat Dulu Tata Letak Sisi Belakang

Seperti apa tumpukan belakang sebenarnya

Dari luar ke dalam, bagian belakang TOPCon ditumpuk kira-kira seperti ini: lapisan pelindung SiNx, (beberapa produsen menjalankan ALD dua sisi dan menambahkan lapisan AlOx di belakang juga), polisilikon, oksida terowongan, dan di bawahnya terdapat substrat silikon tipe-n.

Perbedaan terbesar dari sisi depan adalah lapisan bawah itu — oksida terowongan, hanya setebal sekitar 1–1,5 nm. Ini adalah jalur kehidupan seluruh pasivasi sisi belakang. Seluruh nilai pasivasi polisilikon bergantung pada film ini tetap utuh.

Batas tugas pasta perak belakang juga berbeda dari depan. Membakar lapisan pelindung SiNx tidak bisa dilewati — itu tiket masuknya, sama seperti depan. Tapi target kontaknya berada di dalam polisilikon. Polisilikon didoping berat, ia adalah lapisan konduktif dengan sendirinya. Begitu perak mencapai polisilikon dan membentuk kontak, tugasnya selesai.

Lalu ia harus berhenti.

Jika perak terus turun, menembus oksida terowongan dan masuk ke substrat silikon — kontak pasivasi langsung mati di tempat. Pusat rekombinasi muncul di seluruh antarmuka, Voc turun, dan fondasi sel ini hancur.

Catatan sampingan dari lini produksi: lapisan AlOx belakang itu masih opsional saat ini, dan banyak produsen yang melewatkannya. Tetapi seiring berkembangnya jari polisilikon belakang dan struktur lokal lainnya, permintaan pasivasi di area non-logam akan terus meningkat, dan lapisan pasivasi dielektrik seperti AlOx jelas akan semakin penting. Jadi lapisan film yang terlihat "opsional" hari ini mungkin sebenarnya sedang menyiapkan antarmuka untuk struktur polisilikon lokal generasi berikutnya. Baca evolusi itu, dan Anda akan melihat desain film belakang sedang membuka jalan untuk langkah berikutnya.

Polisilikon Lapisan Tunggal — Mengapa Tidak Bisa Bertahan

Pertama, bagaimana perak "menggigit" jalannya masuk.

Bagian sisi depan sudah membahasnya: selama proses pembakaran, perak larut ke dalam fase kaca cair dan bermigrasi bersama kaca. Di sisi belakang, mekanisme yang sama terus berjalan — perbedaannya adalah emitor sisi depan menyambut paku perak yang menusuk masuk, sementara polisilikon belakang tidak bisa mentolerir perak yang masuk lebih dalam.

Masalah dengan polisilikon lapisan tunggal adalah struktural: ia tersusun dari butiran, dan batas butiran membentang dari atas ke bawah. Batas butiran adalah saluran cepat utama bagi perak untuk bermigrasi ke kedalaman polisilikon.

Setelah perak bermigrasi ke bawah sepanjang batas butiran dan mencapai dekat oksida terowongan, ia dapat memicu kerusakan lokal atau membentuk jalur penetrasi logam, akhirnya membawa perak ke substrat silikon — dan sejak saat itu, dasar fisik kontak pasivasi hilang.

Ini bukan spekulasi, ini adalah pengamatan yang terdokumentasi. Dalam makalah 26,66% yang diterbitkan di Nature Energy oleh Institut Material Ningbo dan JinkoSolar, HAADF dan HR-TEM memberikan pemeriksaan fisik lengkap pada antarmuka pembakaran sampel polisilikon lapisan tunggal: nanopartikel perak muncul tersebar di dalam substrat silikon, dengan jejak perak membentang dari polisilikon ke substrat. Oksida terowongan itu sendiri masih utuh, tetapi tidak menahan perak — satu penghalang tidak bisa menghentikan perak yang mengalir turun sepanjang batas butiran.

Desain Dua Lapisan: Tidak Memblokir Sepenuhnya, tetapi Menyisakan Pintu

Bagian yang kontra-intuitif dari solusi makalah ini: alih-alih memblokir perak mati, mereka membangun jalan untuk perak yang bertuliskan "berhenti saat tiba."

Bagian belakang dibuat dengan dua lapisan polisilikon, total sekitar 100 nm, masing-masing memiliki tugasnya sendiri. Ini menjelaskan struktur bilayer spesifik yang digunakan dalam makalah. Tidak semua polisilikon bilayer mengikuti konfigurasi tetap 60/40 nm, doping berat/doping ringan ini.

Lapisan luar, 60 nm, didoping berat, sebagian besar amorf — ruang penerima tamu. Banyak batas butir, konsentrasi fosfor tinggi, perak masuk dengan bebas. Setelah mencapai posisinya, ia membentuk kontak ohmik dengan polisilikon yang didoping berat. Ini adalah peran "menghantarkan": kontak harus terbentuk, arus harus keluar.

Lapisan dalam, 40 nm, didoping ringan, sangat kristalin — gerbangnya. Kristalinitas tinggi, kepadatan batas butir rendah, perak tidak punya tempat untuk pergi setelah sampai di sini. Ini adalah lapisan struktural yang melakukan "pemblokiran."

Oksida terowongan — penghalang kimia terakhir. Ini tidak hanya tipis secara fisik. Yang lebih penting, ia mengubah kondisi antarmuka bagi perak untuk terus bermigrasi menuju substrat silikon dan membentuk fase logam yang stabil. Ketika perak dihentikan di dekat polisilikon yang sangat kristalin dan antarmuka SiOx, membentuk jalur penetrasi logam hingga ke substrat menjadi jauh lebih sulit.

Jadi "rem" yang sebenarnya tidak dilakukan oleh satu lapisan saja. Ini adalah polisilikon sangat kristalin + oksida terowongan bersama-sama yang membentuk garis pertahanan terakhir.

Perbandingan HR-TEM membuatnya jelas: pada sampel satu lapis, perak menembus ke dalam substrat sebagai titik-titik tersebar. Pada sampel bilayer, setelah perak menembus sebagian besar lapisan luar, ia dipaksa oleh lapisan dalam menjadi "bentuk mangkuk" — ia menyebar ke samping tetapi tidak bisa turun lagi.

Efeknya juga langsung: tegangan rangkaian terbuka tersirat naik dari 752 mV menjadi 757 mV. Di balik kenaikan 5 mV itu ada satu fakta inti — penetrasi perak jelas ditekan, dan pasivasi dipertahankan. 5 mV ini tidak "diciptakan," melainkan diselamatkan — tegangan yang seharusnya hilang.

Satu kalimat untuk merangkum desain ini: kebijaksanaan memblokir perak bukan pada "menyumbat," melainkan pada "berlapis" — penyambut menyambut, penjaga gerbang menjaga gerbang. Lapisan luar menangani pembuatan kontak, lapisan dalam memegang batas bawah, dan oksida terowongan mendukung pemberhentian terakhir.

Imbal hasil, Biaya, dan Posisinya di Industri

Pertama imbal hasilnya: Voc,i +5 mV. Pilar belakang dari efisiensi bersertifikat 26,66% itu justru struktur bilayer ini.

Sekarang biayanya, langsung: satu deposisi tambahan, satu antarmuka tambahan. Kompleksitas proses dan biaya tambahan itu nyata. Dan makalahnya sendiri mengakui bahwa lapisan luar tidak menghentikan 100% perak — gerbang terakhir itu bergantung pada kombinasi polisilikon lapisan dalam plus oksida terowongan.

Pada peta industri, ini bukan kasus sekali saja. TOPCon bifacial 26,35% bersertifikat JinkoSolar sebelumnya menggunakan struktur bilayer SiOx/poly-Si yang persis sama plus modifikasi selektif laser picosecond UV. Dan lebih dari satu tim akademis sedang mengerjakan polisilikon berlapis ganda dan tiga lapis. Pelapisan fungsional polisilikon adalah arah yang dituju industri — di belakangnya ada logika yang sama: pisahkan dua tugas "kontak" dan "pasivasi" dari satu film, dan serahkan masing-masing ke lapisannya sendiri.

Perlu membedakan di sini: bahkan dengan polisilikon bilayer yang sama, dua rekor terbaru menggunakannya secara berbeda. Dalam makalah Jinko 26,35% (Universitas Yangzhou + Jinko, EES), struktur bilayer dipasangkan dengan modifikasi laser picosecond UV dan etsa basah untuk menipiskan polisilikon luar secara selektif di daerah non-logam belakang — tujuannya untuk mengurangi absorpsi parasit dan meningkatkan bifasialitas. Itu "masalah optik." Makalah Ningbo 26,66% mengarahkan struktur bilayer untuk memblokir perak dan mempertahankan pasivasi. Itu "masalah listrik." Polisilikon bilayer itu seperti platform — tim yang berbeda memecahkan masalah yang berbeda di atasnya, tetapi arahnya sama: biarkan setiap lapisan melakukan satu hal saja. Dalam daftar tuas efisiensi tahap berikutnya untuk TOPCon dari tim Ye Jichun sendiri, struktur polisilikon bilayer dan polisilikon terlokalisasi (poly finger) berada di urutan terdepan — makalah ini baru saja mengubah item pertama dalam daftar itu menjadi rekor. Nature Energy paper just turned the first item on that list into a record.

Masih harus menyiram air dingin: rekor-rekor ini semua dibuat pada peralatan laboratorium, makalahnya sendiri mengatakannya. Dari laboratorium ke jalur produksi massal, hasil, waktu siklus, biaya — setiap gerbang harus dilewati lagi.

Satu Tabel untuk Memperjelas

Tiga Poin untuk Dibawa Kembali ke Tim Produksi

Pertama, masalah sisi belakang dan masalah sisi depan muncul pada dua parameter yang berbeda. Ketika sisi depan bermasalah, biasanya terlihat pada FF (resistansi kontak). Ketika sisi belakang bermasalah, biasanya terlihat pada Voc (pasivasi tertembus). Saat Anda mengejar anomali Voc, selain memeriksa proses pasivasi, suhu pembakaran dan struktur polisilikon juga harus masuk daftar.

Kedua, seberapa jauh perak bergerak ditentukan oleh struktur. Pembakaran hanya mengontrol kecepatan. Seberapa dalam perak masuk — hulunya adalah desain struktur polisilikon: satu lapis atau dua lapis, kristalinitas tinggi atau rendah, gradien konsentrasi doping. Jendela pembakaran hanya mengontrol kecepatan di jalur itu. Jika struktur tidak memberikan garis pertahanan, tidak ada penyesuaian pembakaran yang halus yang akan menyelamatkannya.

Ketiga, pelapisan berlapis adalah tren. Perhatikan tumpukan pendukung dengan cermat. Pelapisan fungsional polisilikon, jari polisilikon belakang, AlOx yang berubah dari opsional menjadi wajib — evolusi ini semuanya saling terkait. Saat Anda merencanakan proses, jangan hanya melihat satu langkah, lihat arah evolusi struktur.

Jadi tuas efisiensi sebenarnya dalam metalisasi TOPCon bukanlah membakar perak "lebih keras," melainkan mengetahui di mana perak seharusnya berakhir.

Sisi depan: biarkan masuk secara presisi. Sisi belakang: biarkan berhenti secara presisi.

Dan langkah maju berikutnya adalah membuat perak itu sendiri semakin sedikit.

Pandangan Ooitech

Bagian yang selalu membuat kita kesulitan di lantai produksi adalah bahwa masalah Voc jarang sekali berasal dari satu pengaturan tunggal. Voc belakang yang tidak mau pulih tidak peduli bagaimana Anda menyetel jendela pembakaran biasanya merupakan cerita struktur, bukan cerita pasta — dan polisilikon dwilapis pada dasarnya adalah pengakuan industri akan hal itu. Perlu diingat bahwa angka-angka ini masih berasal dari peralatan laboratorium, jadi lompatan ke lini produksi nyata adalah tempat hasil dan waktu siklus berbicara. Jika Anda menyukai pembongkaran tingkat sel seperti ini, saluran YouTube di www.youtube.com/ooitech memiliki lebih banyak konten dari dalam lini modul nyata.