Över 26,3 % verkningsgrad, vad finns kvar att optimera på baksidan? n-typ bakkontakter strävar efter bifacial synergi, medan p-typ bakkontakter rör sig mot Bac
Innehållsförteckning
Över 26,3% effektivitet, vad finns kvar att optimera på baksidan?
"Lao Zhang, 26,66%-cellen använde en full p-typ TOPCon-bakstruktur. I 26,34%-artikeln ändrades framsidan till lokaliserade n-TOPCon-fingrar, medan baksidan blev en full-area p-TOPCon-kontakt. Är dubbelskikts SiOx/poly-Si-stacken fortfarande densamma?"
Det var följdfrågan från vårt processteam efter att vi avslutat diskussionen om 26,66%-cellen igår.
Den grundläggande bakre dubbelskiktsarkitekturen är nästan kopierad från 26,66%-designen, men p-TOPCon-sidan introducerar tre justeringsknappar som 26,66%-cellen inte rörde. Frontsidans strategi är också helt annorlunda. Den rör sig bort från 430 Ω/□ högresistens boremitter och mot lokaliserade n-TOPCon-fingrar. Detta är två mycket olika tillvägagångssätt för att minska rekombination.
26,34%-artikeln av Gao K. et al. kan ses som back-junction-systerstudien till 26,66%-arbetet. Att läsa de två tillsammans ger en tydligare bild av vad som kan krävas för att närma sig 27% effektivitet.
Gao, K. et al. "Bifacial tunnel oxide passivating contacts for silicon and perovskite/silicon tandem solar cells with improved efficiency." Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Tre siffror bakom 26,34%-cellen
Enkelkorsningseffektivitet: 26,34% på 335,5 cm², med en Voc på 743,2 mV, FF på 85,0% och Jsc på 41,69 mA/cm².
Tandemeffektivitet: 32,73%, med en 1,68 eV perovskit-toppcell. Tandem Voc nådde 1,961 V, medan 80% av den initiala prestandan kvarstod efter 2 000 timmars MPP-spårning.
Strukturell definition: frontlokaliserade n-TOPCon-fingrar i en back-junction-layout, kombinerat med en full-area dubbelskikts p-TOPCon-bakkontakt. Detta är i huvudsak en spegelvändning av konventionell TOPCon, som normalt använder en främre boremitter och en bakre n-TOPCon-kontakt.
Bakre dubbelskiktskontakt: Samma skelett, men tre olika processreglage
Bakkontakten på 26,66% använder SiOx / lätt dopad n+ poly-Si / SiOx / tungt dopad n+ poly-Si, med fosfor som dopningsmedel.
Bakkontakten på 26,34% använder SiOx / p+ poly-Si vid 36 nm / SiOx / p+ poly-Si vid 90 nm, med bordopning.
Båda strukturerna följer samma grundsekvens: botten SiOx, inre poly-Si, mellanliggande SiOx och yttre poly-Si. p-TOPCon-versionen måste dock hantera ett långvarigt problem.
p-TOPCon har alltid stått inför en avvägning mellan passivering och kontakt. Bor kan generera fler defekter vid Si/SiO₂-gränsytan än fosfor, medan metalliseringen av p+ poly-Si är svårare på grund av håltransportbegränsningar och den svagare interaktionen mellan konventionell silverpasta och p+ poly-Si.
| Jämförelsepost | 26,66% bakkontakt: full-area n-TOPCon | 26,34% bakkontakt: full-area p-TOPCon |
|---|---|---|
| Dopningspolaritet | Fosfor, n+ | Bor, p+ |
| Inre / yttre poly-Si-tjocklek | Cirka 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; det tjockare yttre lagret ger mer marginal för bordiffusion och metallisering |
| Mellanliggande SiOx | Cirka 1,5 nm, termiskt oxiderad vid 620°C | Cirka 1 nm, bildad genom in-situ termisk oxidation vid 650°C; tunnare eftersom håltunnelering redan är svårare på p+-sidan |
| Glödgning | Uppskattat 880–920°C-intervall i den tidigare analysen | Förglödgning vid 1050°C i mer än 30 sekunder, uppnår 98% kristallinitet och driver implied Voc till 747 mV |
| Silverpasta | Konventionell pasta, i kombination med ett yttre amorft skikt för att begränsa Ag-penetration | Alkalimetalloxidmodifierad pasta med 4 vikt% Na₂O/K₂O och grovt silverpulver, minskar kontaktresistiviteten till 0,55 mΩ·cm² |
| Baksidans morfologi | Konventionell baksidspolering | Planariserad baksidspolering eftersom p-TOPCon är känsligare för ytstruktur och kräver lägre J₀ |
| Huvudmål | Blockera Ag-penetration samtidigt som passiveringen bibehålls | Blockera Ag-penetration, undertrycka borrelaterade gränsytdefekter och förbättra p+ poly-Si-metalliseringen |
De rapporterade processdata inkluderar in-situ baksidoxidation vid 650°C, ett cirka 1 nm mellanliggande SiOx-skikt, bordopning på 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% kristallinitet efter 1050°C förglödgning, en implied Voc på 747 mV och en kontaktresistivitet på 0,55 mΩ·cm² med en alkalimetallmodifierad pasta med grovt silverpulver.
En detalj är lätt att missa. Det yttre p+ poly-Si-skiktet är 90 nm tjockt, 50% tjockare än det cirka 60 nm yttre skiktet som används på n-TOPCon-sidan.
Detta är ingen godtycklig ökning. Bor har lägre fast löslighet i poly-Si än fosfor, så den tungt dopade sektionen behöver mer tjocklek för att minska kontaktresistiviteten. Samtidigt driver 1050°C-förglödgningssteget bor inåt. Ett tjockare yttre skikt hjälper till att förhindra att bor penetrerar och skadar det underliggande SiOx-skiktet.
Det är motsatsen till n-TOPCon-strategin, där det yttre skiktet kan förbli tunnare och mer amorft.
Framsida: 430 Ω/□-strategin ersätts av lokalisering
Frågan som lämnades av den tidigare studien var om 430 Ω/□-strategin med högresistiv bor-emitter fortfarande skulle gälla för en fingerad n-TOPCon-frontkontakt.
Svaret från 26,34%-cellen är tydligt: det gör den inte. Designen går över till ett annat spår.
26,66%-cellen använder en konventionell bor-diffunderad frontemitter med en skikttålighet på 430 Ω/□. Fina metallfingrar på cirka 10 μm kompenserar för den svagare laterala ledningsförmågan.
26,34%-cellen tar bort den konventionella frontbor-emittern och ersätter den med mönstrade n-TOPCon-fingrar cirka 210 μm breda, vilket lämnar poly-Si endast under metallkontaktområdena.
Rekombinationsreduktionsmekanismen ändras därför från att späda ut dopkoncentrationen genom hög skikttålighet till att minska arean täckt av poly-Si.
Texturen modifieras först. Ozon och HF används för att runda pyramidspetsarna. Detta minskar dålig passivering och silverpastakorrosion runt skarpa texturtoppar.
Ett gradienttermiskt fält, eller GTF, introduceras i LPCVD. Raman full bredd vid halva maximum når 8,4 cm⁻¹. Ett lägre värde indikerar bättre kristallinitet. Gradienttermiska fältet förbättrar både lateral och vertikal temperaturuniformitet och ökar kristalliniteten hos n+ poly-Si.
Fosfordopning når 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Detta är ungefär en storleksordning högre än fosforkoncentrationen som används i 26,66%-bakre kontakten. De främre n+-fingrarna är designade för ledningsförmåga snarare än fullareapassivering. Det mesta av passiveringsarbetet utförs av den fullarea bakre p-TOPCon-kontakten.
Fingerbredden är cirka 210 μm. Poly-Si förblir under metallen, medan det icke-kontaktade texturerade området lämnas oskyddat. Detta minskar avsevärt parasitiskt absorption på framsidan jämfört med en fullarea poly-Si-kontakt.
430 Ω/□-metoden tillhör bor-emitter-eran. I en fingerad n-TOPCon-struktur kontrolleras rekombination genom lokaliserad poly-Si-täckning, rundad yttextur och förbättrad kristallinitet från GTF-LPCVD, snarare än att bara öka skikttåligheten.
Detta hjälper till att förklara hur 26,34%-cellen når en Voc på 743,2 mV, nära 744,6 mV som rapporterats för 26,66%-cellen, samtidigt som den uppnår en högre Jsc. Den lokaliserade frontkontakten minskar parasitiskt absorption som skulle finnas kvar i en fullarea front poly-Si-struktur.
Sida vid sida-jämförelse av de två 26%-systerdesignerna
Bakre dubbelskikts SiOx/poly-Si-kontakter
| Skikt eller process | 26,66% n-TOPCon bak | 26,34% p-TOPCon bak | Huvudorsak till skillnaden |
|---|---|---|---|
| Botten SiOx | Cirka 1,3–1,6 nm, bildad i O₂ vid 620°C | Cirka 1,8 nm, bildad in situ vid 650°C | P-typen behöver en starkare barriär mot borpenetration, även om håltunnelering är svårare |
| Inre poly-Si | Cirka 40 nm, lätt fosfordopat och högt kristallint | 36 nm, lätt bordopat | Bor har lägre fast löslighet; ett tunnare inre lager kan fortfarande stödja passivering |
| Mellanliggande SiOx | Cirka 1,5 nm, bildad i O₂ vid 620°C | Cirka 1 nm, bildad in situ | Tunnelering är mer krävande på p-typen, så mellanskiktet kan inte vara för tjockt |
| Yttre poly-Si | Cirka 60 nm, kraftigt fosfordopat och huvudsakligen amorft | 90 nm, kraftigt bordopat | Metallisering av p+ poly-Si är svårare, kräver ett tjockare lager och modifierad pasta |
| Glödgning | Cirka 880–920°C | 1050°C förglödgning, uppnår 98% kristallinitet | Bor kräver en högre aktiveringstemperatur, samtidigt som processen måste kontrollera borrelaterade gränsytdefekter |
| Silverpasta | Konventionell pasta i kombination med ett amorft yttre lager | 4 vikt% alkalimetalloxid plus grovt silverpulver | Metallisering av p+ poly-Si är fortfarande en av de största processflaskhalsarna |
Framsidesjämförelse
| Artikel | 26,66% framsida | 26,34% framsida |
|---|---|---|
| Struktur | Helarea bordiffunderad emitter | Lokaliserade n-TOPCon fingrar cirka 210 μm breda |
| Rekombinationskontrollstrategi | Hög skiktresistans på 430 Ω/□ för att späda dopning | Minskad poly-Si-täckning kombinerat med rundad textur |
| Yttextur | Konventionell inverterad pyramidtextur | Ozon- och HF-behandlade rundade pyramider |
| Poly-Si-deponering | Ej tillämpligt | GTF-LPCVD med Raman FWHM på 8,4 cm⁻¹ |
| Dopningsmedel | Bor | Fosfor vid 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Vad de två artiklarna säger om bakkontaktutveckling över 26%
Det samlade budskapet är ganska rakt på sak.
Vid 25%-nivån var fokus på oxidlagrets pinhole-beteende. Vid 26%-nivån flyttades utvecklingen mot dubbelskikts SiOx/poly-Si-strukturer och metalliseringsteknik. Över 26,3% börjar vägarna dela sig: n-TOPCon-bakkontakter strävar efter bifacial elektrisk synergi, medan p-TOPCon-bakkontakter rör sig mot en back-junction-layout med lokaliserade frontfingrar. Det senare är redan nära en partiell BC-TOPCon-arkitektur.
Det mellanliggande SiOx-skiktet som används för att blockera silverpenetration är en gemensam egenskap hos båda dubbelskiktsdesignerna för bakkontakt. p-TOPCon-sidan måste dock lösa tre ytterligare problem:
Ett förglödgningssteg vid 1050°C behövs för att aktivera bor, öka kristalliniteten och undertrycka borrelaterade gränssnittsproblem.
Alkalimetalloxidmodifierad silverpasta behövs för att hantera den svåra metalliseringen av p+ poly-Si.
Baksidans polering och planarisering blir mer kritisk eftersom p-TOPCon är känsligare för ytstruktur och dess effekt på J₀.
Dessa problem var inte centrala för 26,66% n-TOPCon-designen. Enkelt uttryckt, dubbelskikts p-TOPCon-kontakten är svårare att tillverka än sin n-TOPCon-motsvarighet, men den kan erbjuda högre Voc-potential när processen är kontrollerad.
Dubbelskikts bakre p-TOPCon-kontakten i 26,34%-cellen nådde en implied Voc på 747 mV, något högre än den uppskattade totala implied Voc-nivån som diskuterades för 26,66%-designen.
Produktionslinjeparametrar som kan tillämpas direkt
Förbättra baksidans polering och planarisering. En p-TOPCon-produktionslinje bör inte behandla baksidans polering som en process som bara behöver vara "tillräckligt bra." Planarisering har ett starkare inflytande på J₀ för dubbelskikts p-TOPCon-kontakten än för n-TOPCon.
Forma det mellanliggande SiOx-skiktet in situ vid cirka 1 nm. Att kopiera den 1,5 nm termiska oxiden som används i 26,66% n-TOPCon-strukturen kan minska tunnlingen och skada FF på p-typsidan.
Introducera ett förglödgningssteg vid 1050°C. Utan denna behandling är boraktivering och 98% kristallinitet svåra att uppnå, vilket gör en implicit Voc på 747 mV osannolik.
Använd en silverpasta modifierad med alkalimetalloxid. Den rapporterade formuleringen använder 4 vikt% Na₂O/K₂O och grovt silverpulver. En kontaktresistivitet på 0,55 mΩ·cm² är ett svårt mål för p-TOPCon-sidan. Konventionell pasta kan få serieresistansen att stiga kraftigt vid p+-kontakten.
Kontrollera frontfingerbredden till cirka 210 μm. Lasermönstringsnoggrannheten måste hålla jämna steg med den smalare kontaktgeometrin. Att minska fingerbredden ytterligare skulle kunna minska parasitisk absorption igen, men laserskador på dubbelskiktsstacken skulle behöva omvärderas.
Nästa fråga för BC-TOPCon
26,34%-strukturen, med front n-TOPCon-fingrar och en fullarea dubbelskikts p-TOPCon-bakkontakt, är i praktiken en partiell version av BC-TOPCon.
Nästa logiska steg skulle vara att även lokalisera bakre p-TOPCon-kontakten, genom att arrangera bakre p-typ-fingrar och n-typ-fingrar i ett interdigiterat mönster. Det skulle skapa en verklig BC-TOPCon-struktur.
Detta väcker en ny fråga. Bör det mellanliggande SiOx-skiktet i den lokaliserade bakre p-TOPCon-kontakten förbli rent SiO₂, eller bör det ersättas med kvävedopat SiOx enligt en OGO-liknande metod för att stärka fältpassiveringen? Ett annat alternativ skulle vara en AlOx/SiOx-stack, som använder fälteffekten från aluminiumoxid tillsammans med dubbelskikts SiOx/poly-Si-kontakten.
26,34%-studien undersökte inte denna fråga eftersom dess bakre p-TOPCon-kontakt förblev fullarea och inte var beroende av lokaliserad fälteffektspassivering. När den bakre p-typ-kontakten blir fingerformad kan dock kombinationen av AlOx-fälteffektspassivering och en dubbelskikts SiOx/poly-Si-struktur bli ett seriöst nästa steg-alternativ.
Det finns också en tandemrelaterad processfråga. Bottencellen som används i 32,73%-tandemen har en texturerad frontyta. Simuleringar i Figur 1 indikerar att en dubbelsidig finger-TOPCon-konfiguration kan ha högre tandempotential än en fullarea dubbelsidig TOPCon-struktur.
Men hur ska fotoluminescensuniformiteten kontrolleras över en texturerad frontyta med lokaliserade n-TOPCon-fingrar? Överdriven laserenergi kan lokalt bränna eller platta till pyramidspetsarna. Det kan förbruka en del av processfönstret som skapats av den rundade pyramidbehandlingen.
I de tre studierna – från Das Solar-cellens 25,4 % till cellerna på 26,66 % och 26,34 % – har bakkontaktlogiken gått igenom tre generationer: oxidpinhålskontroll, dubbelskiktskydd mot silverpenetration, och slutligen dubbelskikts p-TOPCon kombinerat med alkalimetallmodifierad metallisering.
Ooitechs syn
Processfönstret är den verkliga flaskhalsen här. När p-TOPCon går från en heltäckande bakkontakt till lokaliserade BC-fingrar måste kontaktresistivitet, laserskada, boraktivering och fälteffektpassivering optimeras som ett kopplat system. Ett tunnare mellanliggande SiOx-skikt kan skydda FF, men det lämnar också mindre marginal mot silverpenetration och borindriven gränsskada. Nästa användbara resultat kommer att vara ett som demonstrerar detta kompletta integrationsfönster på produktionsstora wafers, inte bara ett toppeffektivitetsvärde.
