Boven 26,3% efficiëntie: wat blijft er over aan de achterzijde?
Inhoudsopgave
Snel antwoord: Boven 26,3% celefficiëntie is de voorzijde van een TOPCon-cel bijna geoptimaliseerd en zit de resterende ruimte aan de achterzijde. Dat drijft de verschuiving naar volledig vlakke p-type achtercontacten en lokale poly-silicium vingers, die veranderen hoe de achterzijde stroom verzamelt en hoeveel oppervlak wordt gegeven aan passivering versus contact. De gemeten structuren betreffen een achterzijde-stack met lagen van ongeveer 1 nm, 1,5 nm, 36 nm en 90 nm, een volledig vlak contact en een achterzijde-processtap rond 650 °C, met open-circuit spanningen gerapporteerd op 1,961 V voor de besproken devices. Elk van die dimensies weegt contactweerstand af tegen recombinatie, en het optimum verschuift naarmate de voorzijde verbetert. Op een lijn betekent dit dat het achterzijde-recept een levende variabele wordt in plaats van een vast onderdeel van het proces.
PV-moduleproductie · door Jerry, Ooitech
Boven 26,3% rendement, wat valt er nog te optimaliseren aan de achterkant?
“Lao Zhang, de 26,66%-cel gebruikte een volledige p-type TOPCon rear-structuur. In de 26,34%-paper werd de voorkant gewijzigd in gelokaliseerde n-TOPCon-vingers, terwijl de achterkant een volledig p-TOPCon-contact werd. Is de dubbellaagse SiOx/poly-Si-stack nog steeds hetzelfde?”
Dat was de vervolgvraag van ons procesteam nadat we gisteren de 26,66% cel hadden besproken.
De basis dubbele laag architectuur aan de achterkant is bijna gekopieerd van het 26,66% ontwerp, maar de p-TOPCon-kant introduceert drie aanpassingsknoppen die de 26,66% cel niet aanraakte. De front-side strategie is ook compleet anders. Het beweegt weg van de 430 Ω/□ hoge weerstand booremittor en richt zich op gelokaliseerde n-TOPCon-vingers. Dit zijn twee heel verschillende benaderingen om recombinatie te verminderen.
Het 26,34% artikel van Gao K. et al. kan worden beschouwd als de back-junction zusterstudie van het 26,66% werk. Het samen lezen van de twee geeft een duidelijker beeld van wat er nodig is om 27% rendement te benaderen.
Gao, K. et al. “Bifaciale tunneloxide passiverende contacten voor silicium en perovskiet/silicium tandemzonnecellen met verbeterd rendement.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Drie cijfers achter de 26,34% cel
Enkelvoudige junctie-efficiëntie: 26,34% op 335,5 cm², met een Voc van 743,2 mV, FF van 85,0% en Jsc van 41,69 mA/cm².
Tandem-efficiëntie: 32,73%, met een 1,68 eV perovskiet-topcel. De tandem Voc bereikte 1,961 V, terwijl 80% van de initiële prestatie behouden bleef na 2000 uur MPP-tracking.
Structurele definitie: front-gelokaliseerde n-TOPCon-vingers in een back-junction lay-out, gecombineerd met een volledig oppervlak dubbellaags p-TOPCon-achtercontact. Dit is in wezen een spiegelinversie van conventionele TOPCon, die normaal gesproken een front-boriumemitter en een achter n-TOPCon-contact gebruikt.
Achter dubbellaags contact: Hetzelfde skelet, maar drie verschillende procesknoppen
Het 26,66% achtercontact gebruikt SiOx / licht gedoteerd n+ poly-Si / SiOx / zwaar gedoteerd n+ poly-Si, met fosfor als doteringsstof.
Het 26,34% achtercontact gebruikt SiOx / p+ poly-Si bij 36 nm / SiOx / p+ poly-Si bij 90 nm, met boriumdotering.
Beide structuren volgen dezelfde basisvolgorde: onderste SiOx, binnenste poly-Si, tussenliggende SiOx en buitenste poly-Si. De p-TOPCon-versie moet echter een langdurig probleem aanpakken.
p-TOPCon heeft altijd te maken gehad met een afweging tussen passivering en contact. Borium kan meer defecten genereren op het Si/SiO₂-grensvlak dan fosfor, terwijl de metallisatie van p+ poly-Si moeilijker is vanwege beperkingen in gatentransport en de zwakkere interactie tussen conventionele zilverpasta en p+ poly-Si.
| Vergelijkingsitem | 26,66% achtercontact: volledig oppervlak n-TOPCon | 26,34% achtercontact: volledig oppervlak p-TOPCon |
|---|---|---|
| Doteringspolariteit | Fosfor, n+ | Borium, p+ |
| Binnenste / buitenste poly-Si dikte | Ongeveer 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; de dikkere buitenste laag biedt meer marge voor boriumdiffusie en metallisatie |
| Tussenliggende SiOx | Ongeveer 1,5 nm, thermisch geoxideerd bij 620°C | Ongeveer 1 nm, gevormd door in-situ thermische oxidatie bij 650°C; dunner omdat gatentunneling al moeilijker is aan de p+-zijde |
| Uitgloeien | Geschat bereik van 880–920°C in de vorige analyse | Vooruitgloeien bij 1050°C gedurende meer dan 30 seconden, bereikt 98% kristalliniteit en verhoogt implied Voc naar 747 mV |
| Zilverpasta | Conventionele pasta, gecombineerd met een buitenste amorfe laag om Ag-penetratie te beperken | Alkalimetaaloxide-gemodificeerde pasta met 4 gew.% Na₂O/K₂O en ruw zilverpoeder, verlaagt contactweerstand tot 0,55 mΩ·cm² |
| Achterkant morfologie | Conventionele achterkantpolijsting | Gevlakte achterkantpolijsting omdat p-TOPCon gevoeliger is voor oppervlaktetextuur en een lagere J₀ vereist |
| Hoofddoel | Blokkeer Ag-penetratie terwijl passivatie behouden blijft | Blokkeer Ag-penetratie, onderdruk boor-gerelateerde interface-defecten en verbeter p+ poly-Si metallisatie |
De gerapporteerde procesgegevens omvatten in-situ achterkantoxidatie bij 650°C, een tussenliggende SiOx-laag van ongeveer 1 nm, boordoping van 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% kristalliniteit na vooruitgloeien bij 1050°C, een implied Voc van 747 mV en een contactweerstand van 0,55 mΩ·cm² met behulp van een alkalimetaal-gemodificeerde pasta met ruw zilverpoeder.
Eén detail is gemakkelijk te missen. De buitenste p+ poly-Si-laag is 90 nm dik, 50% dikker dan de ongeveer 60 nm buitenste laag aan de n-TOPCon-zijde.
Dit is geen willekeurige toename. Boor heeft een lagere oplosbaarheid in poly-Si dan fosfor, dus de zwaar gedoteerde sectie heeft meer dikte nodig om de contactweerstand te verlagen. Tegelijkertijd drijft de vooruitgloeistap bij 1050°C boor naar binnen. Een dikkere buitenste laag helpt voorkomen dat boor doordringt en de onderste SiOx-laag beschadigt.
Dat is het tegenovergestelde van de n-TOPCon-strategie, waarbij de buitenste laag dunner en meer amorf kan blijven.
Voorkant: De 430 Ω/□-strategie wordt vervangen door lokalisatie
De vraag die de vorige studie achterliet, was of de 430 Ω/□ hoge-weerstand booremittor-strategie nog steeds van toepassing zou zijn op een fingered n-TOPCon-frontcontact.
Het antwoord van de 26,34% cel is duidelijk: dat is niet het geval. Het ontwerp gaat een andere weg in.
De 26,66% cel gebruikt een conventionele met boor gediffundeerde frontemitter met een sheetweerstand van 430 Ω/□. Fijne metaalvingers van ongeveer 10 μm compenseren de zwakkere laterale geleiding.
De 26,34% cel verwijdert de conventionele front-boor-emitter en vervangt deze door patroonvormige n-TOPCon-vingers van ongeveer 210 μm breed, waarbij poly-Si alleen onder de metaalcontactgebieden blijft.
Het recombinatieverminderingsmechanisme verandert daarom van het verdunnen van de doteringsconcentratie via een hoge sheetweerstand naar het verkleinen van het door poly-Si bedekte gebied.
De textuur wordt eerst aangepast. Ozon en HF worden gebruikt om de piramidepunten af te ronden. Dit vermindert slechte passivering en zilverpasta-corrosie rond scherpe textuurpieken.
Een gradient thermisch veld, of GTF, wordt geïntroduceerd in LPCVD. De Raman-volle breedte op halve hoogte bereikt 8,4 cm⁻¹. Een lagere waarde duidt op betere kristalliniteit. Het gradient thermische veld verbetert zowel de laterale als verticale temperatuuruniformiteit en verhoogt de kristalliniteit van het n+ poly-Si.
Fosfordotering bereikt 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Dit is ongeveer een orde van grootte hoger dan de fosforconcentratie die wordt gebruikt in het 26,66% achtercontact. De front n+ vingers zijn ontworpen voor geleiding in plaats van volledige passivering. Het meeste passiveringswerk wordt uitgevoerd door het volledige achter p-TOPCon-contact.
De vingerbreedte is ongeveer 210 μm. Poly-Si blijft onder het metaal, terwijl het niet-contact getextureerde gebied onbedekt blijft. Dit vermindert de parasitaire absorptie aan de voorzijde aanzienlijk in vergelijking met een volledig poly-Si-contact.
De 430 Ω/□-benadering behoort tot het boor-emittertijdperk. In een vingervormige n-TOPCon-structuur wordt recombinatie gecontroleerd via gelokaliseerde poly-Si-bedekking, afgeronde oppervlaktetextuur en verbeterde kristalliniteit door GTF-LPCVD, in plaats van simpelweg de sheetweerstand te verhogen.
Dit helpt verklaren hoe de 26,34% cel een Voc van 743,2 mV bereikt, dicht bij de 744,6 mV die wordt gerapporteerd voor de 26,66% cel, terwijl ook een hogere Jsc wordt behaald. Het gelokaliseerde frontcontact vermindert parasitaire absorptie die zou blijven bestaan in een volledig front poly-Si-structuur.
Zij-aan-zij vergelijking van de twee 26% zusterontwerpen
Achter dubbele laag SiOx/poly-Si contacten
| Laag of proces | 26,66% n-TOPCon achterkant | 26,34% p-TOPCon achterkant | Belangrijkste reden voor het verschil |
|---|---|---|---|
| Onderste SiOx | Ongeveer 1,3–1,6 nm, gevormd in O₂ bij 620°C | Ongeveer 1,8 nm, in situ gevormd bij 650°C | De p-type kant heeft een sterkere barrière nodig tegen boordringing, hoewel gatentunneling moeilijker is |
| Binnenste poly-Si | Ongeveer 40 nm, licht gedoteerd met fosfor en sterk kristallijn | 36 nm, licht gedoteerd met boor | Boor heeft een lagere vaste oplosbaarheid; een dunnere binnenlaag kan nog steeds passivatie ondersteunen |
| Tussenliggende SiOx | Ongeveer 1,5 nm, gevormd in O₂ bij 620°C | Ongeveer 1 nm, in situ gevormd | Tunneling is veeleisender aan de p-type kant, dus de tussenlaag mag niet te dik zijn |
| Buitenste poly-Si | Ongeveer 60 nm, zwaar gedoteerd met fosfor en voornamelijk amorf | 90 nm, zwaar gedoteerd met boor | p+ poly-Si metallisatie is moeilijker, vereist een dikkere laag en aangepaste pasta |
| Uitgloeien | Ongeveer 880–920°C | 1050°C voorverwarming, bereikt 98% kristalliniteit | Boor vereist een hogere activeringstemperatuur, terwijl het proces ook boor-gerelateerde grensvlakdefecten moet beheersen |
| Zilverpasta | Conventionele pasta gecombineerd met een amorfe buitenlaag | 4 gew.% alkalimetaaloxide plus ruw zilverpoeder | Metallisatie van p+ poly-Si blijft een van de belangrijkste procesknelpunten |
Vergelijking voorzijde
| Item | 26,66% voorzijde | 26,34% voorzijde |
|---|---|---|
| Structuur | Volledige oppervlakte boor-gediffundeerde emitter | Gelokaliseerde n-TOPCon vingers ongeveer 210 μm breed |
| Recombinatie-controle strategie | Hoge plaatweerstand van 430 Ω/□ om dotering te verdunnen | Verminderde poly-Si bedekking gecombineerd met afgeronde textuur |
| Oppervlaktetextuur | Conventionele omgekeerde piramidetextuur | Met ozon en HF behandelde afgeronde piramides |
| Poly-Si depositie | Niet van toepassing | GTF-LPCVD met Raman FWHM van 8,4 cm⁻¹ |
| Dotering | Boor | Fosfor bij 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Wat de twee papers zeggen over achtercontactontwikkeling boven 26%
De gecombineerde boodschap is vrij direct.
Op het 25%-niveau lag de focus op het pinhole-gedrag van de oxidelaag. Op het 26%-niveau verschoof de ontwikkeling naar dubbellaagse SiOx/poly-Si-structuren en metallisatie-engineering. Boven 26,3% beginnen de routes uiteen te lopen: n-TOPCon-achtercontacten streven naar bifaciale elektrische synergie, terwijl p-TOPCon-achtercontacten overgaan naar een back-junction lay-out met gelokaliseerde frontvingers. Dit laatste ligt al dicht bij een gedeeltelijke BC-TOPCon-architectuur.
De tussenliggende SiOx-laag die wordt gebruikt om zilverpenetratie te blokkeren, is een gedeeld kenmerk van beide dubbellaagse achtercontactontwerpen. De p-TOPCon-kant moet echter drie extra problemen oplossen:
Een voorverwarmingsstap bij 1050°C is nodig om boor te activeren, de kristalliniteit te verhogen en boor-gerelateerde interfaceproblemen te onderdrukken.
Alkalimetaaloxide-gemodificeerde zilverpasta is nodig om de moeilijke metallisatie van p+ poly-Si aan te pakken.
Polijsten en planarizatie aan de achterzijde worden kritischer omdat p-TOPCon gevoeliger is voor oppervlaktetextuur en het effect ervan op J₀.
Deze problemen stonden niet centraal in het 26,66% n-TOPCon-ontwerp. Simpel gezegd: het dubbellaagse p-TOPCon-contact is moeilijker te vervaardigen dan zijn n-TOPCon-tegenhanger, maar het kan een hogere Voc-potentieel bieden zodra het proces onder controle is.
Het dubbellaagse achterste p-TOPCon-contact in de 26,34% cel bereikte een impliciete Voc van 747 mV, iets hoger dan het geschatte algehele impliciete Voc-niveau dat voor het 26,66% ontwerp werd besproken.
Productielijnparameters die direct kunnen worden toegepast
Verbeter het polijsten en planarizatie aan de achterzijde. Een p-TOPCon-productielijn moet achterpolijsten niet behandelen als een proces dat alleen 'goed genoeg' hoeft te zijn. Planarisatie heeft een sterkere invloed op de J₀ van het dubbellaagse p-TOPCon-contact dan bij n-TOPCon.
Vorm de tussenliggende SiOx-laag in situ op ongeveer 1 nm. Het kopiëren van de 1,5 nm thermische oxide die in de 26,66% n-TOPCon-structuur wordt gebruikt, kan tunneling verminderen en de FF aan de p-type kant schaden.
Introduceer een voor-gloeistap van 1050°C. Zonder deze behandeling zijn booractivatie en 98% kristalliniteit moeilijk te bereiken, waardoor een geïmpliceerde Voc van 747 mV onwaarschijnlijk is.
Gebruik een met alkalimetaaloxide gemodificeerde zilverpasta. De gerapporteerde formulering gebruikt 4 wt% Na₂O/K₂O en ruw zilverpoeder. Een contactweerstand van 0,55 mΩ·cm² is een hard doel voor de p-TOPCon-zijde. Conventionele pasta kan ervoor zorgen dat de serieweerstand sterk stijgt bij het p+-contact.
Regel de breedte van de voorste vinger op ongeveer 210 μm. De nauwkeurigheid van laserpatronen moet gelijke tred houden met de smallere contactgeometrie. Het verder verkleinen van de vingerbreedte zou de parasitaire absorptie kunnen verminderen, maar laserschade aan de dubbellaagse stapel zou opnieuw moeten worden beoordeeld.
De volgende vraag voor BC-TOPCon
De 26,34% structuur, met front n-TOPCon-vingers en een volledig oppervlak dubbellaags p-TOPCon-achtercontact, is effectief een gedeeltelijke versie van BC-TOPCon.
De volgende logische stap zou zijn om ook het achterste p-TOPCon-contact te lokaliseren, door achterste p-type vingers en n-type vingers in een interdigiterend patroon te rangschikken. Dat zou een echte BC-TOPCon-structuur creëren.
Dit roept een nieuwe vraag op. Moet de tussenliggende SiOx-laag in het gelokaliseerde achterste p-TOPCon-contact puur SiO₂ blijven, of moet deze worden vervangen door met stikstof gedoteerd SiOx via een OGO-achtige route om de veldpassivering te versterken? Een andere optie zou een AlOx/SiOx-stapelzijn, waarbij het veldeffect van aluminiumoxide wordt gebruikt samen met het dubbellaagse SiOx/poly-Si-contact.
De 26,34% studie heeft dit probleem niet onderzocht omdat het achterste p-TOPCon-contact volledig oppervlak bleef en niet afhankelijk was van gelokaliseerde veldeffectpassivering. Zodra het achterste p-type contact echter vingerig wordt, kan de combinatie van AlOx-veldeffectpassivering en een dubbellaagse SiOx/poly-Si-structuur een serieuze volgende stap optie worden.
Er is ook een tandem-gerelateerde procesvraag. De onderste cel die in de 32,73% tandem wordt gebruikt, heeft een getextureerd frontoppervlak. Simulaties in Figuur 1 geven aan dat een dubbelzijdige vinger-TOPCon-configuratie mogelijk een hoger tandempotentieel heeft dan een volledig oppervlak dubbelzijdige TOPCon-structuur.
Maar hoe moet de fotoluminescentie-uniformiteit worden gecontroleerd over een gestructureerd frontoppervlak met gelokaliseerde n-TOPCon-vingers? Overmatige laserenergie kan de piramidepunten lokaal verbranden of afvlakken. Dat kan een deel van het procesvenster verbruiken dat is gecreëerd door de afgeronde-piramidebehandeling.
In de drie studies—van de 25,4% Das Solar-cel tot de 26,66% en 26,34% cellen—is de achtercontactlogica door drie generaties gegaan: oxide-pinhole-controle, dubbele laagbescherming tegen zilverpenetratie, en ten slotte dubbele laag p-TOPCon gecombineerd met alkalimetaal-gemodificeerde metallisatie.
Ooitech's Visie
Het procesvenster is hier de echte bottleneck. Zodra p-TOPCon van een volledig achtercontact naar gelokaliseerde BC-vingers gaat, moeten contactweerstand, lasersschade, booractivering en veldeffectpassivering worden geoptimaliseerd als één gekoppeld systeem. Een dunnere tussenliggende SiOx-laag kan de FF beschermen, maar laat ook minder marge over tegen zilverpenetratie en boorgedreven grensvlakschade. Het volgende nuttige resultaat zal er een zijn dat dit complete integratievenster demonstreert op productiegrote wafers, niet alleen een piekefficiëntiewaarde.
Verder lezen en achtergrondgegevens
Openbaar referentiemateriaal over dit onderwerp, gepubliceerd door de organisaties die de technologieroadmap en marktgegevens van de sector onderhouden:
