Tepi Potong Laser pada TOPCon: Memasifkan Penampang Lintang
Daftar Isi
Jawaban singkat: Memotong sel menjadi empat bagian membelahnya sepanjang alur laser, dan alur itu meninggalkan silikon telanjang pada kedua dindingnya. Pendekatan yang dipublikasikan adalah menumbuhkan oksida terowongan tipis pada dinding, mendepositkan poly-Si terdoping n⁺ di atasnya dan melapisi poly-Si dengan AlOₓ, sehingga permukaan potong berperilaku seperti kontak selektif alih-alih pusat rekombinasi. Setiap langkah tambahan bersuhu rendah, yang membuatnya menarik bagi lini yang sudah menjalankan LPCVD.
Sel potong empat dan potong banyak kini menjadi produksi biasa, dan alasannya adalah aritmetika: membelah sel menjadi empat menurunkan arus yang dibawa setiap ribbon, memperpendek jalur melintasi finger dan memangkas rugi resistif pada interkoneksi. Keuntungannya nyata dan itulah sebabnya sel TOPCon potong empat menjadi standar sebelum ada yang memperdebatkan biayanya.
Biayanya terletak pada pemotongan itu sendiri. Alur laser memisahkan keempat bagian, dan dinding yang dibukanya adalah silikon yang belum pernah memiliki lapisan pasivasi. Keadaan permukaan di sana berada di tengah celah pita, dan pembawa yang mencapai dinding tersebut mengalami rekombinasi. Itu adalah rugi tegangan, bukan rugi pembayangan, dan tidak muncul dalam pengukuran apa pun yang dilakukan sebelum langkah pemotongan.
Pendekatan yang dijelaskan di bawah ini berhenti memperlakukan dinding itu sebagai kerusakan yang harus diminimalkan dan memperlakukannya sebagai permukaan yang harus dilapisi. Ini adalah gagasan kontak selektif yang sama yang sudah digunakan TOPCon pada permukaan wafer, diterapkan pada permukaan yang diciptakan oleh pemotongan beberapa langkah proses sebelumnya.
Tepi potong adalah sebuah permukaan, dan itu adalah yang terburuk pada sel
Setiap permukaan silikon lain dalam modul jadi telah melalui urutan pasivasi lengkap: teksturisasi, pembersihan, tumpukan dielektrik, kadang-kadang lapisan terdoping di bawahnya. Dinding alur tidak mendapatkan semua itu. Dinding itu diciptakan setelah sambungan depan terbentuk dan setelah tumpukan belakang didepositkan, sehingga yang ditinggalkan laser adalah bahan mentah.
Angka yang biasanya dikutip untuk permukaan semacam itu tidak menggembirakan. Kepadatan keadaan antarmuka sekitar 1 × 1012 cm−2 eV−1 dan kecepatan rekombinasi permukaan di atas 500 cm/s, keduanya dilaporkan untuk kasus sebagaimana-dipotong dalam sumber yang menjadi acuan artikel ini. Dibandingkan dengan permukaan terpasivasi yang diukur dalam satuan cm/s satu digit, tepi potong yang tidak dirawat mengalami rekombinasi kira-kira dua orde besaran lebih cepat.
Yang membuatnya penting bukanlah luasnya. Alur silang selebar 30 µm dan kedalaman sekitar 1,5 µm, dan memotong sel M10 menjadi empat membuka kira-kira satu milimeter persegi dinding terhadap 33.000 mm2 permukaan wafer. Melainkan bahwa pembawa yang dihasilkan dalam jarak satu panjang difusi dari potongan dapat mencapainya, dan dinding itu membentang sepanjang sel dalam kedua arah. Panjang garis adalah dasar skala rugi, dan pola silang menempatkan garis panjang melalui tengah setiap bagian.
Ini juga sebabnya rugi tersebut berperilaku seperti masalah tegangan. Rekombinasi di tepi menghilangkan pembawa dari bulk, dan tegangan rangkaian terbuka merespons laju rekombinasi total di seluruh sel. Faktor pengisi juga bergerak. Pembayangan akan muncul pada arus; ini muncul pada Voc dan FF, yang merupakan tempat yang kurang jelas untuk diperiksa ketika proses pemotongan sedang dikualifikasi.
Apa sebenarnya lapisan itu
Struktur yang dipublikasikan menempatkan tiga lapisan pada dinding potong, dalam urutan tertentu. Membaca ke luar dari silikon: silikon oksida yang sangat tipis yang dapat ditembus pembawa, lapisan polisilikon terdoping berat yang membawa mereka pergi, dan lapisan penutup aluminium oksida yang menyelesaikan pasivasi kimia antarmuka.
| Lapisan pada dinding potong | Ketebalan | Apa yang dilakukannya |
|---|---|---|
| Oksida terowongan, SiO2 | sekitar 1–1,2 nm | Cukup tipis bagi pembawa untuk menembus, cukup tebal untuk menjauhkan logam dan lapisan terdoping dari permukaan silikon |
| Poly-Si terdoping | 80–120 nm | Membawa pembawa yang terkumpul secara lateral dan menetapkan fungsi kerja yang membuat kontak selektif |
| AlOx penutup | sekitar 10 nm | Pasivasi kimia dari keadaan antarmuka yang tersisa, plus penghalang terhadap kontaminasi |
Dua detail membedakan ini dari sekadar menumbuhkan ulang oksida. Pertama, tumpukan ini bukan hanya dielektrik; ia mengandung semikonduktor terdoping, sehingga juga dapat menghantarkan. Oksida murni akan mempasivasi dinding dan membiarkannya mati secara elektrik, yang baik untuk permukaan yang tidak mengumpulkan apa pun, tetapi dinding di sini berada di antara dua sel seperempat yang keduanya perlu mengalirkan arus. Kedua, ketebalan menjadi penting dengan cara yang tidak terjadi pada wafer datar. Poly-Si harus cukup tebal untuk tetap kontinu di atas alur sedalam 1,5 µm dengan dasar membulat. Ia juga harus cukup tipis agar tegangan internalnya sendiri tidak membuatnya retak atau terkelupas dari dinding.
Sumber memberikan 120 nm untuk poly-Si dalam deskripsi struktur dan 80 nm dalam urutan proses, dan menyatakan bahwa 80 nm cukup untuk efek pasivasi medan. Perbedaan itu layak dicatat alih-alih dihaluskan: ini menunjukkan bahwa ketebalan lapisan adalah parameter yang dapat disetel dalam jendela proses, bukan target tetap, dan bahwa kedua nilai berada dalam rentang yang dianggap penulis dapat dikerjakan.
Mengapa oksida tipis dan lapisan terdoping menyaring pembawa
Mekanismenya adalah rekayasa pita energi bukan kimia, dan itu adalah mekanisme yang sama yang membuat TOPCon kompetitif sejak awal. Pada dinding telanjang, keadaan antarmuka tersebar di seluruh celah pita. Elektron yang mencapai salah satu keadaan itu memiliki tempat untuk berada, dan lubang yang tiba pada keadaan yang sama menutup rangkaian: keduanya mengalami rekombinasi, dan pasangan itu hilang.
Setelah oksida dan poli-Si terdoping berada pada tempatnya, struktur pita pada antarmuka tidak lagi datar. Oksida tipis menghalangi jalur langsung antara silikon dan lapisan terdoping sambil tetap cukup tipis agar elektron dapat menembusnya. Muatan pada lapisan terdoping membengkokkan pita di dalam silikon tepat di bawah antarmuka, yang menciptakan asimetri: satu jenis pembawa melihat penghalang rendah dan lolos, yang lain melihat penghalang tinggi dan berbalik arah.
Hasil yang dilaporkan adalah penurunan kecepatan rekombinasi permukaan pada tepi potong dari sekitar 500 cm/s menjadi di bawah 10 cm/s, perubahan sekitar 98%. Itu angka yang besar, dan besar karena alasan sederhana: titik awalnya adalah permukaan tanpa pasivasi, yang mendekati kasus terburuk yang tersedia. Meningkatkan permukaan terpasivasi dengan faktor yang sama tidak akan mungkin dilakukan.
Perlu ketelitian tentang apa yang tidak dilakukan oleh lapisan ini. Lapisan ini tidak menghilangkan alur, tidak memulihkan silikon yang diabrasi laser, dan tidak membuat dinding menjadi berguna secara optik. Potongan seperempat tetap lebih sempit. Klaimnya lebih sempit dari itu: permukaan potong berhenti berperan sebagai tempat pembawa mati, dan mulai berperan sebagai tempat pembawa dapat dikumpulkan.
Di mana langkah-langkah proses berada
Rute yang diterbitkan bersama struktur ini adalah urutan TOPCon normal dengan satu penyisipan: setelah laser memotong alur melintang, dinding dioksidasi dan didoping ulang sebelum tumpukan pasivasi tingkat sel dideposisikan. Semua hal lain tetap pada tempatnya.
| Langkah | Kondisi yang diterbitkan | Mengapa diatur demikian |
|---|---|---|
| Pengaluran silang laser | Lebar 30 µm, kedalaman 1,5 µm | Cukup dalam untuk memisahkan potongan seperempat dengan bersih, cukup dangkal untuk membatasi luas dinding dan kerusakan mekanis di sekitarnya |
| Oksidasi ozon | 90 °C, 30 s, sekitar 1 nm | Menumbuhkan oksida seragam tanpa anggaran termal yang akan mengganggu sambungan yang sudah ada di dalam wafer |
| Poli-Si LPCVD | 80 nm, didoping in situ | Doping selama deposisi menghindari langkah difusi terpisah dan memberikan gradien konsentrasi yang dapat dikendalikan melalui lapisan |
| Anil aktivasi | 750 °C, 20 menit | Mengaktifkan dopan dan mengkristalkan lapisan, yang mengubahnya menjadi konduktor alih-alih dielektrik |
| Pembulatan alur | 2 s TMAH setelah pengaluran | Menumpulkan sudut alur yang tajam tempat retakan dan diskontinuitas lapisan dimulai |
| Pemeriksaan kristalinitas | Raman, di atas 80% | Lapisan yang tidak sepenuhnya terkristalisasi mempasivasi dengan buruk dan menghantarkan lebih buruk, sehingga diperlakukan sebagai keluaran yang terukur |
Pembulatan TMAH dan pemeriksaan kristalinitas adalah dua detail yang membuat ini tampak seperti rute produksi alih-alih demonstrasi laboratorium. Alur 1,5 µm memiliki sudut, dan sudut adalah tempat film terdeposisi menipis dan tempat tegangan terkonsentrasi. Membulatkan sudut selama dua detik hampir tidak memakan biaya dan menghilangkan kelas kegagalan yang jika tidak akan muncul kemudian, dalam siklus termal atau dalam penanganan.
Bagi sebuah lini, bagian yang menarik adalah tidak ada langkah tambahan yang membutuhkan alat baru. Oksidasi, deposisi dan anil semuanya masuk dalam kapasitas LPCVD yang sudah dimiliki lini TOPCon, dan dua langkah tambahan tersebut bersuhu rendah, sehingga anggaran termal sel jadi tidak terganggu. Sumber melaporkan kehilangan takt lini di bawah 3%, yang merupakan angka yang harus diperiksa pertama ketika sebuah langkah baru diusulkan: langkah yang meningkatkan efisiensi setengah poin tetapi memakan 10% throughput adalah usulan yang berbeda dari yang memakan 3%.
Bagian akhir urutan juga berubah, dan bukan karena lapisan tersebut. Sel empat potong yang mempertahankan tata letak 12BB harus dirangkai dari sel seperempat, dan tepi potong kini menjadi permukaan yang ditangani oleh mesin stringer. Toleransi penempatan, gaya yang diterapkan pita pada sambungan dan jumlah panas yang diterima sel selama penyolderan semuanya bekerja pada potongan yang tepinya memiliki alur 30 µm. Di situlah peralatan tabbing dan stringing kawat halus dan langkah bussing bertemu dengan desain sel, dan itulah bagian dari alur yang tidak ditangani oleh lapisan tersebut.
Apa yang ditunjukkan oleh perbandingan yang dilaporkan
Sumber mencetak perbandingan sebelum-dan-sesudah untuk sel empat potong standar dan sel yang sama dengan tepi berlapis. Tabel di bawah mereproduksinya. Ini adalah angka yang diterbitkan bersama rute tersebut; angka-angka ini berasal dari satu sumber, dan kami belum memverifikasinya secara independen.
| Parameter | Empat potong standar | Dengan tepi terpasivasi | Perubahan |
|---|---|---|---|
| SRV tepi (cm/s) | 500 | di bawah 10 | −98% |
| Tegangan rangkaian terbuka (mV) | 736 | 744 | +8 mV |
| Arus hubung singkat (mA/cm2) | 40.8 | 41.0 | +0.2 |
| Faktor pengisian (%) | 84.0 | 84.5 | +0.5 |
| Efisiensi sel (%) | 25.3 | 25.8 | +0,5 absolut |
| Bifasialitas (%) | 85 | 90 | +5 poin |
Bacalah polanya alih-alih nilai individual. Kenaikan tegangan lebih besar daripada kenaikan arus, yang merupakan hal yang diprediksi oleh mekanisme: rekombinasi pada permukaan mengorbankan tegangan terlebih dahulu. Faktor pengisian bergerak sedikit, konsisten dengan pengurangan kecil pada fraksi area yang mati secara elektronik. Efisiensi mengikuti tegangan, dan 0,5 poin absolut adalah klaim utamanya.
Angka bifasialitas memerlukan lebih banyak kehati-hatian daripada yang lain. Naik dari 85% menjadi 90% adalah lompatan lima poin yang disebabkan oleh perubahan pada permukaan yang merupakan fraksi kecil dari area belakang sel, dan sumber tidak menjelaskan mekanismenya. Itu bisa nyata jika tepi potong sebelumnya merupakan jalur shunt lokal di bagian belakang, tetapi itu juga jenis angka yang dapat dihasilkan oleh satu sampel kecil. Perlakukan sebagai baris yang paling kurang didukung dalam tabel.
Apa yang belum terselesaikan
Ada empat hal yang hilang dari kasus yang diterbitkan, dan keempatnya penting sebelum sebuah lini berkomitmen.
- Data keandalan pada tepi berlapis. Oksida 1 nm dan lapisan penutup aluminium oksida 10 nm pada dinding alur mengalami uji panas lembap, siklus termal, dan beban mekanis yang sama seperti bagian sel lainnya. Tepi potong juga merupakan pemicu tegangan di bawah siklus termal, karena dua sel seperempat memuai terhadap alur. Tidak ada satu pun dari itu yang muncul dalam tabel perbandingan.
- Pertanyaan ketebalan. Sumber memberikan dua ketebalan poli-Si yang berbeda untuk struktur yang sama. Itu bukan kontradiksi, tetapi memang berarti titik optimumnya belum dipastikan, dan ketebalan memengaruhi tegangan, waktu deposisi, dan takt secara bersamaan.
- Replikasi independen. Keuntungan efisiensi berasal dari satu kumpulan data yang dilaporkan. Keuntungan absolut 0,5 poin cukup besar untuk layak dikejar dan cukup besar untuk layak diperiksa ulang pada lini berbeda serta kombinasi pasta dan ribbon yang berbeda.
- Interaksi dengan bagian sel lainnya. Menambahkan lapisan terdoping pada dinding alur mengubah perilaku elektrik dinding tersebut di antara dua sel seperempat. Bagaimana interaksinya dengan pola metalisasi belakang dan dengan stringing sel seperempat adalah pertanyaan sistem, bukan pertanyaan pelapisan.
Ada poin yang lebih luas ke arah yang sama. Memotong sel adalah pertukaran yang diterima hanya berdasarkan keuntungan interkoneksi. Kerangka empat potong memperlakukan pemotongan sebagai hal yang sudah pasti, dan analisis multi-potong mengkaji apa yang dilakukan sel yang lebih kecil terhadap pembayangan dan tata letak modul. Pekerjaan pada tepi potong menyerang sisi biaya dari pertukaran itu, dan jika terbukti bertahan, hal itu mengubah jumlah potongan yang optimum, bukan sekadar memperbaiki yang sudah ada.
Cara membaca ini terhadap keseluruhan pembahasan pemotongan
Tiga gagasan terpisah biasanya tercampur ketika sel empat potong dibahas, dan memisahkannya membuat literatur lebih mudah dibaca.
Yang pertama adalah keuntungan interkoneksi: sel seperempat membawa seperempat arus, sehingga rugi resistif pada ribbon turun tajam. Itu sudah mapan dan itulah alasan teknologi ini sudah diproduksi. Yang kedua adalah konsekuensi tingkat modul, di mana sel yang lebih kecil mengubah toleransi bayangan, kebutuhan kotak sambungan, dan perilaku mekanis laminasi; kotak sambungan dua bagian adalah salah satu hasil yang terlihat. Yang ketiga adalah permukaan potong itu sendiri, yang menjadi subjek di sini dan yang cenderung dilewati oleh dua pembahasan pertama.
Kaitan praktis di antara ketiganya adalah alur proses. Pembuatan alur dilakukan oleh langkah pemotongan laser, langkah pelapisan masuk ke kapasitas LPCVD yang sudah dimiliki lini, dan langkah penyelesaian adalah metalisasi dan stringing. Lini yang mengevaluasi jalur ini sebenarnya mengevaluasi apakah penyisipan tersebut cocok di antara dua peralatan yang sudah dimilikinya, dan angka takt yang dipublikasikan sekitar 3%.
FAQ
Apakah pelapisan menghilangkan kebutuhan pemotongan?
Tidak. Sel seperempat tetap dipotong dan alurnya tetap ada. Yang berubah adalah perilaku elektrik dinding yang diekspos oleh alur, bukan geometrinya.
Mengapa tidak sekadar memotong dengan proses yang lebih lembut?
Potongan yang lebih bersih mengurangi kerusakan tetapi tetap meninggalkan permukaan tanpa pasivasi. Rekombinasi berasal dari pasivasi yang hilang sama besarnya dengan dari kekasaran, itulah sebabnya jawabannya di sini adalah pelapisan, bukan resep laser yang lebih baik.
Apakah oksida 1 nm andal?
Oksida terowongan sebesar itu sudah digunakan dalam produksi TOPCon, jadi konsepnya sudah terbukti pada permukaan wafer. Apakah ketebalan yang sama bertahan pada dinding alur, yang memiliki orientasi permukaan berbeda dan titik awal yang lebih kasar, adalah salah satu pertanyaan terbuka.
Apakah ini hanya berlaku untuk TOPCon?
Kombinasi oksida terowongan dan poli-Si terdoping adalah struktur TOPCon, jadi jalur ini secara alami ditujukan untuk lini yang sudah menjalankannya. Jenis sel lain yang dipotong menjadi bagian-bagian akan memerlukan tumpukan pasivasi yang kompatibel dengan prosesnya sendiri, yang merupakan masalah rekayasa berbeda.
Apa yang pertama kali kami periksa pada uji coba?
Proksi SRV tepi dan tegangan, sebelum hal lain. Keseragaman deposisi sepanjang alur selebar 30 µm, kristalinitas lapisan, dan biaya takt dari langkah-langkah yang disisipkan menyusul, dan perilaku mekanis sel seperempat setelah pembuatan alur adalah hal yang paling mungkin terlupakan.
Apakah pelapisan mengubah apa yang harus dilakukan mesin stringer?
Tidak secara langsung. Pelapisan bersifat elektrik, jadi akurasi penempatan, suhu penyolderan, dan gaya penanganan tidak berubah. Sel seperempat itu sendiri, dengan alur yang melintanginya, tetap menjadi objek yang lebih sulit ditangani, dan itu adalah kendala terpisah dari yang ditangani pekerjaan ini.
Pemikiran akhir
Memotong silikon untuk membuat sel lebih baik adalah pertukaran yang agak aneh, dan itu berhasil karena keuntungan interkoneksinya besar. Yang dilakukan pekerjaan ini adalah menutup lingkaran pada bagian pertukaran yang tidak pernah diberi harga: permukaan yang diciptakan oleh potongan. Melapisi dinding alur dengan tumpukan kontak selektif yang sama yang digunakan sel di tempat lain adalah jawaban yang koheren, dan fakta bahwa hal itu dapat dilakukan dengan kapasitas LPCVD yang ada dan dua langkah bersuhu rendah adalah alasan mengapa ini layak diperhatikan.
Peringatan yang biasa berlaku. Mekanismenya masuk akal dan mengikuti fisika yang sudah mapan; keuntungan efisiensi setengah poin yang dilaporkan berasal dari satu sumber dan belum dikonfirmasi secara independen, dan angka bifasialitas khususnya lebih lemah daripada bagian lain tabel. Bagi sebuah lini, posisi yang wajar adalah melacaknya sebagai penyisipan proses dengan keuntungan yang nyata tetapi belum terverifikasi, dan mengujinya pada pengukuran yang diprediksi oleh mekanisme tersebut, yaitu tegangan.
Bacaan terkait: Sel TOPCon empat potong: apa yang diubah oleh pemotongan · Teknologi sel empat potong: argumen efisiensi · Modul multi-potong dan ketahanan terhadap bayangan · Mengapa modul empat potong memerlukan kotak sambungan dua bagian · Sel THBC dan kontak pasivasi · Metalisasi sel PV dan pertanyaan tembaga · Mesin tabber dan stringer: cara kerjanya · Peralatan pemotongan sel laser · Peta jalan sel BC: dari struktur ke proses · Stasiun dan tata letak lini panel surya
Catatan data: ketebalan lapisan, kondisi proses, dan perbandingan sebelum-sesudah adalah nilai yang dipublikasikan bersama jalur ini dan direproduksi sebagaimana dilaporkan; nilai tersebut belum diverifikasi secara independen. Angka luas dinding sekitar 1 mm2 adalah perkiraan kami sendiri dari alur 30 µm, kedalaman 1,5 µm, dan dua potongan sepanjang penuh pada sel 182 mm, terhadap permukaan wafer 33.124 mm2. Peringkat kerugian, tegangan sebelum arus, mengikuti mekanisme tersebut alih-alih dari angka yang tercetak.
