Oltre l'efficienza del 26,3%, cosa resta da ottimizzare sul retro? I contatti posteriori di tipo n cercano sinergia bifacciale, mentre i contatti posteriori di tipo p si muovono verso Bac
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Oltre l'efficienza del 26,3%, cosa resta da ottimizzare sul retro?
“Lao Zhang, la cella al 26,66% utilizzava una struttura posteriore p-TOPCon completa. Nell'articolo del 26,34%, il fronte è stato cambiato in dita n-TOPCon localizzate, mentre il retro è diventato un contatto p-TOPCon a tutta area. Lo stack SiOx/poli-Si a doppio strato è ancora lo stesso?”
Questa è stata la domanda di follow-up del nostro team di processo dopo aver finito di discutere la cella al 26,66% ieri.
L'architettura di base del doppio strato posteriore è quasi copiata dal design al 26,66%, ma il lato p-TOPCon introduce tre manopole di regolazione che la cella al 26,66% non ha toccato. Anche la strategia frontale è completamente diversa. Si allontana dall'emettitore di boro ad alta resistenza da 430 Ω/□ e si sposta verso dita n-TOPCon localizzate. Questi sono due approcci molto diversi per ridurre la ricombinazione.
L'articolo di Gao K. et al. sul 26,34% può essere visto come lo studio gemello a giunzione posteriore del lavoro al 26,66%. Leggerli insieme dà un quadro più chiaro di ciò che potrebbe essere necessario per avvicinarsi all'efficienza del 27%.
Gao, K. et al. “Contatti passivanti bifacciali a ossido tunnel per celle solari al silicio e tandem perovskite/silicio con efficienza migliorata.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Tre numeri dietro la cella al 26,34%
Efficienza a giunzione singola: 26,34% su 335,5 cm², con una Voc di 743,2 mV, FF dell'85,0% e Jsc di 41,69 mA/cm².
Efficienza tandem: 32,73%, utilizzando una cella top perovskite da 1,68 eV. La Voc tandem ha raggiunto 1,961 V, mentre l'80% delle prestazioni iniziali è rimasto dopo 2.000 ore di monitoraggio MPP.
Definizione strutturale: dita frontali localizzate n-TOPCon in una disposizione a giunzione posteriore, combinate con un contatto posteriore p-TOPCon a doppio strato su tutta l'area. Questa è essenzialmente un'inversione speculare del TOPCon convenzionale, che normalmente utilizza un emettitore frontale al boro e un contatto posteriore n-TOPCon.
Contatto posteriore a doppio strato: la stessa struttura, ma tre diverse manopole di processo
Il contatto posteriore al 26,66% utilizza SiOx / n+ poly-Si leggermente drogato / SiOx / n+ poly-Si fortemente drogato, con fosforo come drogante.
Il contatto posteriore al 26,34% utilizza SiOx / p+ poly-Si a 36 nm / SiOx / p+ poly-Si a 90 nm, con drogaggio al boro.
Entrambe le strutture seguono la stessa sequenza di base: SiOx inferiore, poly-Si interno, SiOx intermedio e poly-Si esterno. La versione p-TOPCon, tuttavia, deve affrontare un problema di lunga data.
Il p-TOPCon ha sempre dovuto affrontare un compromesso tra passivazione e contatto. Il boro può generare più difetti all'interfaccia Si/SiO₂ rispetto al fosforo, mentre la metallizzazione del p+ poly-Si è più difficile a causa delle limitazioni del trasporto delle lacune e della più debole interazione tra la pasta d'argento convenzionale e il p+ poly-Si.
| Voce di confronto | Contatto posteriore al 26,66%: n-TOPCon su tutta l'area | Contatto posteriore al 26,34%: p-TOPCon su tutta l'area |
|---|---|---|
| Polarità del drogante | Fosforo, n+ | Boro, p+ |
| Spessore poly-Si interno/esterno | Circa 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; lo strato esterno più spesso fornisce più margine per la diffusione del boro e la metallizzazione |
| SiOx intermedio | Circa 1,5 nm, ossidato termicamente a 620°C | Circa 1 nm, formato da ossidazione termica in situ a 650°C; più sottile perché il tunneling delle lacune è già più difficile sul lato p+ |
| Ricottura | Intervallo stimato 880–920°C nell'analisi precedente | Pre-ricottura a 1050°C per più di 30 secondi, raggiungendo il 98% di cristallinità e portando la Voc implicita a 747 mV |
| Pasta d'argento | Pasta convenzionale, abbinata a uno strato amorfo esterno per limitare la penetrazione dell'Ag | Pasta modificata con ossidi di metalli alcalini con 4% in peso di Na₂O/K₂O e polvere d'argento ruvida, riducendo la resistività di contatto a 0,55 mΩ·cm² |
| Morfologia posteriore | Lucidatura posteriore convenzionale | Lucidatura posteriore planarizzata perché il p-TOPCon è più sensibile alla texture superficiale e richiede una J₀ inferiore |
| Obiettivo principale | Bloccare la penetrazione dell'Ag mantenendo la passivazione | Bloccare la penetrazione dell'Ag, sopprimere i difetti di interfaccia legati al boro e migliorare la metallizzazione del p+ poly-Si |
I dati di processo riportati includono ossidazione posteriore in situ a 650°C, uno strato intermedio di SiOx di circa 1 nm, drogaggio con boro di 1 × 10²⁰ cm⁻³, cristallinità del 98% dopo pre-ricottura a 1050°C, una Voc implicita di 747 mV e una resistività di contatto di 0,55 mΩ·cm² utilizzando una pasta modificata con metalli alcalini e polvere d'argento ruvida.
Un dettaglio è facile da trascurare. Lo strato esterno di p+ poly-Si è spesso 90 nm, il 50% in più rispetto ai circa 60 nm dello strato esterno utilizzato sul lato n-TOPCon.
Non è un aumento arbitrario. Il boro ha una solubilità solida nel poly-Si inferiore rispetto al fosforo, quindi la sezione fortemente drogata necessita di più spessore per ridurre la resistività di contatto. Allo stesso tempo, il passaggio di pre-ricottura a 1050°C spinge il boro verso l'interno. Uno strato esterno più spesso aiuta a prevenire che il boro penetri e danneggi lo strato di SiOx inferiore.
Questo è l'opposto della strategia n-TOPCon, dove lo strato esterno può rimanere più sottile e più amorfo.
Lato anteriore: la strategia da 430 Ω/□ è sostituita dalla localizzazione
La domanda lasciata dallo studio precedente era se la strategia dell'emettitore di boro ad alta resistenza da 430 Ω/□ si sarebbe ancora applicata a un contatto frontale n-TOPCon con dita metalliche.
La risposta dalla cella al 26,34% è chiara: non si applica. Il design si sposta su un binario diverso.
La cella al 26,66% utilizza un emettitore frontale convenzionale drogato con boro con una resistenza di strato di 430 Ω/□. Dita metalliche fini di circa 10 μm compensano la più debole conducibilità laterale.
La cella al 26,34% rimuove il convenzionale emettitore frontale al boro e lo sostituisce con dita n-TOPCon modellate di circa 210 μm di larghezza, lasciando il poly-Si solo sotto le regioni di contatto metallico.
Il meccanismo di riduzione della ricombinazione cambia quindi dal diluire la concentrazione del drogante attraverso un'alta resistenza di strato al ridurre l'area coperta dal poly-Si.
La texture viene modificata per prima. Ozono e HF vengono utilizzati per arrotondare le punte delle piramidi. Questo riduce la scarsa passivazione e la corrosione della pasta d'argento attorno ai picchi taglienti della texture.
Un campo termico a gradiente, o GTF, viene introdotto nel LPCVD. La larghezza a metà altezza del picco Raman raggiunge 8,4 cm⁻¹. Un valore più basso indica una migliore cristallinità. Il campo termico a gradiente migliora l'uniformità della temperatura sia laterale che verticale e aumenta la cristallinità del n+ poly-Si.
Il drogaggio con fosforo raggiunge 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Questo è circa un ordine di grandezza superiore alla concentrazione di fosforo utilizzata nel contatto posteriore al 26,66%. Le dita n+ frontali sono progettate per la conducibilità piuttosto che per la passivazione a tutta area. La maggior parte del lavoro di passivazione è svolta dal contatto posteriore p-TOPCon a tutta area.
La larghezza delle dita è di circa 210 μm. Il poly-Si rimane sotto il metallo, mentre l'area testurizzata non a contatto viene lasciata scoperta. Questo riduce sostanzialmente l'assorbimento parassitario sul lato frontale rispetto a un contatto poly-Si a tutta area.
L'approccio da 430 Ω/□ appartiene all'era dell'emettitore al boro. In una struttura n-TOPCon a dita, la ricombinazione è controllata tramite copertura localizzata di poly-Si, texture superficiale arrotondata e migliore cristallinità da GTF-LPCVD, piuttosto che semplicemente aumentando la resistenza di strato.
Questo aiuta a spiegare come la cella al 26,34% raggiunga una Voc di 743,2 mV, vicina ai 744,6 mV riportati per la cella al 26,66%, ottenendo anche una Jsc più elevata. Il contatto frontale localizzato riduce l'assorbimento parassitario che rimarrebbe in una struttura frontale poly-Si a tutta area.
Confronto affiancato dei due design gemelli al 26%
Contatti posteriori a doppio strato SiOx/poly-Si
| Strato o processo | 26,66% n-TOPCon posteriore | 26,34% p-TOPCon posteriore | Motivo principale della differenza |
|---|---|---|---|
| SiOx inferiore | Circa 1,3–1,6 nm, formato in O₂ a 620°C | Circa 1,8 nm, formato in situ a 650°C | Il lato p-type necessita di una barriera più forte contro la penetrazione del boro, anche se il tunneling delle lacune è più difficile |
| Poly-Si interno | Circa 40 nm, leggermente drogato con fosforo e altamente cristallino | 36 nm, leggermente drogato con boro | Il boro ha una minore solubilità solida; uno strato interno più sottile può comunque supportare la passivazione |
| SiOx intermedio | Circa 1,5 nm, formato in O₂ a 620°C | Circa 1 nm, formato in situ | L'effetto tunnel è più impegnativo sul lato p, quindi lo strato intermedio non può essere troppo spesso |
| Poli-Si esterno | Circa 60 nm, fortemente drogato con fosforo e principalmente amorfo | 90 nm, fortemente drogato con boro | La metallizzazione del p+ poli-Si è più difficile, richiedendo uno strato più spesso e una pasta modificata |
| Ricottura | Circa 880–920°C | Pre-ricottura a 1050°C, raggiungendo il 98% di cristallinità | Il boro richiede una temperatura di attivazione più alta, mentre il processo deve anche controllare i difetti di interfaccia legati al boro |
| Pasta d'argento | Pasta convenzionale abbinata a uno strato esterno amorfo | 4% in peso di ossido di metallo alcalino più polvere d'argento ruvida | La metallizzazione del p+ poli-Si rimane uno dei principali colli di bottiglia del processo |
Confronto lato anteriore
| Articolo | 26,66% lato anteriore | 26,34% lato anteriore |
|---|---|---|
| Struttura | Emettitore diffuso al boro su tutta l'area | Dita n-TOPCon localizzate larghe circa 210 μm |
| Strategia di controllo della ricombinazione | Elevata resistenza di strato di 430 Ω/□ per diluire il drogaggio | Copertura ridotta del poli-Si combinata con texture arrotondata |
| Texture superficiale | Texture convenzionale a piramide invertita | Piramidi arrotondate trattate con ozono e HF |
| Deposizione del poli-Si | Non applicabile | GTF-LPCVD con FWHM Raman di 8,4 cm⁻¹ |
| Drogante | Boro | Fosforo a 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Cosa dicono i due articoli sullo sviluppo del contatto posteriore oltre il 26%
Il messaggio combinato è abbastanza diretto.
Al livello del 25%, l'attenzione era sul comportamento dei fori nello strato di ossido. Al livello del 26%, lo sviluppo si è spostato verso strutture a doppio strato SiOx/poli-Si e ingegneria della metallizzazione. Oltre il 26,3%, le strade iniziano a dividersi: i contatti posteriori n-TOPCon perseguono una sinergia elettrica bifacciale, mentre i contatti posteriori p-TOPCon si muovono verso una configurazione a giunzione posteriore con dita frontali localizzate. Quest'ultima è già vicina a un'architettura parziale BC-TOPCon.
Lo strato intermedio di SiOx utilizzato per bloccare la penetrazione dell'argento è una caratteristica comune a entrambi i design a doppio strato per il contatto posteriore. Il lato p-TOPCon, tuttavia, deve risolvere tre problemi aggiuntivi:
È necessario un passo di pre-ricottura a 1050°C per attivare il boro, aumentare la cristallinità e sopprimere i problemi legati all'interfaccia del boro.
È necessaria una pasta d'argento modificata con ossido di metallo alcalino per affrontare la difficile metallizzazione del poli-Si p+.
La lucidatura e la planarizzazione del lato posteriore diventano più critiche perché il p-TOPCon è più sensibile alla texture superficiale e al suo effetto su J₀.
Questi problemi non erano centrali nel design n-TOPCon al 26,66%. In poche parole, il contatto p-TOPCon a doppio strato è più difficile da produrre rispetto alla sua controparte n-TOPCon, ma potrebbe offrire un potenziale Voc più elevato una volta controllato il processo.
Il contatto posteriore p-TOPCon a doppio strato nella cella al 26,34% ha raggiunto un Voc implicito di 747 mV, leggermente superiore al livello di Voc implicito complessivo stimato discusso per il design al 26,66%.
Parametri di linea di produzione che possono essere applicati direttamente
Migliorare la lucidatura e la planarizzazione del lato posteriore. Una linea di produzione p-TOPCon non dovrebbe trattare la lucidatura posteriore come un processo che deve solo essere "abbastanza buono". La planarizzazione ha un'influenza più forte sulla J₀ del contatto p-TOPCon a doppio strato rispetto all'n-TOPCon.
Formare lo strato intermedio di SiOx in situ a circa 1 nm. Copiare l'ossido termico di 1,5 nm utilizzato nella struttura n-TOPCon al 26,66% potrebbe ridurre l'effetto tunnel e danneggiare il FF sul lato p.
Introdurre un passo di pre-ricottura a 1050°C. Senza questo trattamento, l'attivazione del boro e la cristallinità al 98% sono difficili da ottenere, rendendo improbabile un Voc implicito di 747 mV.
Utilizzare una pasta d'argento modificata con ossido di metallo alcalino. La formulazione riportata utilizza 4% in peso di Na₂O/K₂O e polvere d'argento grezza. Una resistività di contatto di 0,55 mΩ·cm² è un obiettivo difficile per il lato p-TOPCon. La pasta convenzionale può causare un aumento rapido della resistenza serie al contatto p+.
Controllare la larghezza del dito frontale a circa 210 μm. La precisione della patterning laser deve tenere il passo con la geometria di contatto più stretta. Ridurre ulteriormente la larghezza del dito potrebbe ridurre di nuovo l'assorbimento parassita, ma il danno laser allo stack a doppio strato dovrebbe essere rivalutato.
La prossima domanda per BC-TOPCon
La struttura al 26,34%, con dita n-TOPCon frontali e un contatto posteriore p-TOPCon a doppio strato su tutta l'area, è effettivamente una versione parziale di BC-TOPCon.
Il passo logico successivo sarebbe localizzare anche il contatto posteriore p-TOPCon, disponendo dita posteriori di tipo p e dita di tipo n in un pattern interdigitato. Questo creerebbe una vera struttura BC-TOPCon.
Questo solleva una nuova domanda. Lo strato intermedio di SiOx nel contatto posteriore p-TOPCon localizzato dovrebbe rimanere SiO₂ puro, o dovrebbe essere sostituito da SiOx drogato con azoto seguendo una via tipo OGO per rafforzare la passivazione di campo? Un'altra opzione sarebbe uno stack AlOx/SiOx, usando l'effetto di campo dell'ossido di alluminio insieme al contatto a doppio strato SiOx/poli-Si.
Lo studio al 26,34% non ha esplorato questo problema perché il suo contatto posteriore p-TOPCon rimaneva su tutta l'area e non dipendeva dalla passivazione di campo localizzata. Una volta che il contatto posteriore di tipo p diventa a dita, tuttavia, la combinazione di passivazione di campo AlOx e struttura a doppio strato SiOx/poli-Si potrebbe diventare un'opzione seria per il prossimo passo.
C'è anche una questione di processo legata al tandem. La cella inferiore usata nel tandem al 32,73% ha una superficie frontale testurizzata. Le simulazioni nella Figura 1 indicano che una configurazione TOPCon a dita su entrambi i lati potrebbe avere un potenziale tandem più alto rispetto a una struttura TOPCon a doppio lato su tutta l'area.
Ma come dovrebbe essere controllata l'uniformità della fotoluminescenza su una superficie frontale testurizzata con dita n-TOPCon localizzate? Un'energia laser eccessiva può bruciare o appiattire localmente le punte delle piramidi. Questo potrebbe consumare parte della finestra di processo creata dal trattamento con piramidi arrotondate.
Attraverso i tre studi—dalla cella Das Solar al 25,4% alle celle al 26,66% e 26,34%—la logica del contatto posteriore ha attraversato tre generazioni: controllo dei pinholi dell'ossido, protezione a doppio strato contro la penetrazione dell'argento e infine doppio strato p-TOPCon combinato con metallizzazione modificata con metalli alcalini.
Il Punto di Vista di Ooitech
La finestra di processo è il vero collo di bottiglia qui. Una volta che il p-TOPCon passa da un contatto posteriore a tutta area verso dita BC localizzate, la resistività di contatto, il danno laser, l'attivazione del boro e la passivazione per effetto di campo dovranno essere ottimizzati come un sistema accoppiato. Uno strato intermedio di SiOx più sottile può proteggere il FF, ma lascia anche meno margine contro la penetrazione dell'argento e il danno all'interfaccia guidato dal boro. Il prossimo risultato utile sarà uno che dimostri questa finestra di integrazione completa su wafer di dimensioni produttive, non solo un valore di efficienza di picco.
