Oltre il 26,3% di efficienza, 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 il 26,3% di Efficienza, 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/poly-Si a doppio strato è ancora lo stesso?”
Questa è stata la domanda successiva 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 dirige verso dita n-TOPCon localizzate. Sono due approcci molto diversi per ridurre la ricombinazione.
L'articolo di Gao K. et al. sul 26,34% può essere considerato lo studio gemello a giunzione posteriore del lavoro sul 26,66%. Leggerli insieme dà un quadro più chiaro di ciò che potrebbe essere necessario per avvicinarsi al 27% di efficienza.
Gao, K. et al. “Contatti passivanti a ossido tunnel bifacciali per celle solari tandem in silicio e perovskite/silicio con efficienza migliorata.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Tre Numeri Dietro la Cella al 26,34%
Efficienza della singola giunzione: 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 superiore in perovskite con bandgap di 1,68 eV. La Voc tandem ha raggiunto 1,961 V, mentre l'80% delle prestazioni iniziali è stato mantenuto dopo 2.000 ore di MPP tracking.
Definizione strutturale: dita n-TOPCon localizzate anteriormente in una configurazione a giunzione posteriore, combinate con un contatto posteriore p-TOPCon a doppio strato su tutta l'area. Si tratta essenzialmente di 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: lo stesso scheletro, ma tre diverse manopole di processo
Il contatto posteriore al 26,66% utilizza SiOx / n+ poly-Si debolmente 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 nel trasporto delle lacune e della più debole interazione tra la pasta d'argento convenzionale e il p+ poly-Si.
| Elemento 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 di 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 il Voc implicito a 747 mV |
| Pasta d'argento | Pasta convenzionale, abbinata a uno strato amorfo esterno per limitare la penetrazione di Ag | Pasta modificata con ossido di metallo alcalino con 4% in peso di Na₂O/K₂O e polvere d'argento grossolana, riducendo la resistività di contatto a 0,55 mΩ·cm² |
| Morfologia posteriore | Lucidatura posteriore convenzionale | Lucidatura posteriore planarizzata perché p-TOPCon è più sensibile alla texture superficiale e richiede un J₀ inferiore |
| Obiettivo principale | Bloccare la penetrazione di Ag mantenendo la passivazione | Bloccare la penetrazione di Ag, sopprimere i difetti di interfaccia correlati 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 al boro di 1 × 10²⁰ cm⁻³, cristallinità del 98% dopo pre-ricottura a 1050°C, un Voc implicito di 747 mV e una resistività di contatto di 0,55 mΩ·cm² utilizzando una pasta modificata con metallo alcalino e polvere d'argento grossolana.
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 si tratta di 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 passo di pre-ricottura a 1050°C spinge il boro verso l'interno. Uno strato esterno più spesso aiuta a prevenire la penetrazione del boro e il danneggiamento dello strato di SiOx sottostante.
Questo è l'opposto della strategia n-TOPCon, dove lo strato esterno può rimanere più sottile e più amorfo.
Lato anteriore: la strategia 430 Ω/□ viene sostituita dalla localizzazione
La domanda lasciata dallo studio precedente era se la strategia dell'emettitore al boro ad alta resistenza 430 Ω/□ sarebbe ancora applicabile a un contatto frontale n-TOPCon con dita.
La risposta dalla cella al 26,34% è chiara: non lo è. 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 minore conducibilità laterale.
La cella al 26,34% rimuove l'emettitore frontale convenzionale al boro e lo sostituisce con dita n-TOPCon modellate larghe circa 210 μm, lasciando il poli-Si solo sotto le regioni di contatto metallico.
Il meccanismo di riduzione della ricombinazione cambia quindi dalla diluizione della concentrazione di drogante attraverso un'elevata resistenza di strato alla riduzione dell'area coperta dal poli-Si.
La texture viene modificata per prima. Ozono e HF vengono utilizzati per arrotondare le punte delle piramidi. Ciò riduce la scarsa passivazione e la corrosione della pasta d'argento attorno ai picchi taglienti della texture.
Un campo termico gradiente, o GTF, viene introdotto nel LPCVD. La larghezza a metà altezza del picco Raman raggiunge 8,4 cm⁻¹. Un valore inferiore indica una migliore cristallinità. Il campo termico gradiente migliora l'uniformità della temperatura sia laterale che verticale e aumenta la cristallinità del n+ poli-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 su tutta l'area. La maggior parte del lavoro di passivazione è svolto dal contatto posteriore p-TOPCon su tutta l'area.
La larghezza delle dita è di circa 210 μm. Il poli-Si rimane sotto il metallo, mentre l'area texture non a contatto viene lasciata scoperta. Ciò riduce sostanzialmente l'assorbimento parassitario sul lato frontale rispetto a un contatto in poli-Si su tutta l'area.
L'approccio a 430 Ω/□ appartiene all'era dell'emettitore al boro. In una struttura n-TOPCon con dita, la ricombinazione è controllata attraverso copertura localizzata di poli-Si, texture superficiale arrotondata e migliore cristallinità da GTF-LPCVD, piuttosto che semplicemente aumentando la resistenza di strato.
Ciò 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 in poli-Si su tutta l'area.
Confronto affiancato dei due progetti gemelli al 26%
Contatti posteriori a doppio strato SiOx/poli-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 necessita di una barriera più forte contro la penetrazione del boro, anche se il tunneling di lacune è più difficile |
| Poli-Si interno | Circa 40 nm, leggermente drogato con fosforo e altamente cristallino | 36 nm, leggermente drogato con boro | Il boro ha una solubilità solida inferiore; uno strato interno più sottile può ancora supportare la passivazione |
| SiOx intermedio | Circa 1.5 nm, formato in O₂ a 620°C | Circa 1 nm, formato in situ | Il tunneling 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 poli-Si p+ 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 correlati 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 grossolana | La metallizzazione del poli-Si p+ 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 foglio 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 di Poly-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 pori dello strato di ossido. Al livello del 26%, lo sviluppo si è spostato verso strutture a doppio strato SiOx/poly-Si e l'ingegneria della metallizzazione. Oltre il 26.3%, le strade iniziano a divergere: 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 BC-TOPCon parziale.
Lo strato intermedio di SiOx utilizzato per bloccare la penetrazione dell'argento è una caratteristica comune di entrambi i progetti di contatto posteriore a doppio strato. 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 di interfaccia legati al boro.
È necessaria una pasta d'argento modificata con ossido di metallo alcalino per affrontare la difficile metallizzazione del poly-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 progetto n-TOPCon al 26.66%. In parole povere, 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 che il processo è sotto controllo.
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 per il progetto 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 su J₀ del contatto p-TOPCon a doppio strato rispetto a 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 il tunneling e danneggiare il FF sul lato p.
Introdurre un passo di pre-ricottura a 1050°C. Senza questo trattamento, l'attivazione del boro e una cristallinità del 98% sono difficili da raggiungere, 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 grossolana. 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 brusco 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 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 frontali n-TOPCon e un contatto posteriore p-TOPCon a doppio strato su tutta l'area, è effettivamente una versione parziale di BC-TOPCon.
Il prossimo passo logico sarebbe localizzare anche il contatto posteriore p-TOPCon, disponendo le dita posteriori di tipo p e quelle di tipo n in un pattern interdigitato. Ciò creerebbe una vera struttura BC-TOPCon.
Ciò 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 di tipo OGO per rafforzare la passivazione di campo? Un'altra opzione sarebbe uno stack AlOx/SiOx, utilizzando l'effetto di campo dell'ossido di alluminio insieme al contatto a doppio strato SiOx/poly-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 localizzata per effetto di campo. Tuttavia, una volta che il contatto posteriore di tipo p diventa a dita, la combinazione della passivazione per effetto di campo con AlOx e una struttura a doppio strato SiOx/poly-Si potrebbe diventare una seria opzione per il passo successivo.
C'è anche una domanda di processo relativa ai tandem. La cella inferiore utilizzata nel tandem al 32,73% ha una superficie frontale testurizzata. Le simulazioni in Figura 1 indicano che una configurazione TOPCon a dita su entrambi i lati potrebbe avere un potenziale tandem più elevato rispetto a una struttura TOPCon su tutta l'area su entrambi i lati.
Ma come si dovrebbe controllare 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. Ciò potrebbe consumare parte della finestra di processo creata dal trattamento delle piramidi arrotondate.
Nei 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 pin-hole dell'ossido, protezione a doppio strato contro la penetrazione dell'argento e infine p-TOPCon a doppio strato 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 a 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 indotto dal boro. Il prossimo risultato utile sarà quello che dimostra questa finestra di integrazione completa su wafer di dimensioni produttive, non solo un valore di efficienza di picco.
