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 dubbelskiktet 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 justeringsreglage som 26,66 %-cellen inte rörde. Frontstrategin är också helt annorlunda. Den rör sig bort från 430 Ω/□ högresistiv 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
Enkeljonseffektivitet: 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-topcell. Tandem-Voc nådde 1,961 V, medan 80 % av den initiala prestandan kvarstod efter 2 000 timmars MPP-spårning.
Strukturell definition: front lokaliserade n-TOPCon-fingrar i en bakkontaktlayout, kombinerat med en heltäckande dubbelskikts p-TOPCon-bakkontakt. Detta är i huvudsak en spegelvändning av konventionell TOPCon, som normalt använder en främre bor-emitter och en bakre n-TOPCon-kontakt.
Bakre dubbelskiktskontakt: Samma skelett, men tre olika processreglage
Bakkontakten med 26,66 % verkningsgrad använder SiOx / lätt dopad n+ poly-Si / SiOx / kraftigt dopad n+ poly-Si, med fosfor som dopningsämne.
Bakkontakten med 26,34 % verkningsgrad använder SiOx / p+ poly-Si vid 36 nm / SiOx / p+ poly-Si vid 90 nm, med bor-dopning.
Båda strukturerna följer samma grundläggande sekvens: 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-gränssnittet än fosfor, medan metalliseringen av p+ poly-Si är svårare på grund av begränsningar i håltransport och den svagare interaktionen mellan konventionell silverpasta och p+ poly-Si.
| Jämförelsepunkt | 26,66 % bakkontakt: heltäckande n-TOPCon | 26,34 % bakkontakt: heltäckande 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 oxiderat vid 620°C | Cirka 1 nm, bildat 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 implicerad Voc till 747 mV |
| Silverpasta | Konventionell pasta, kombinerad med ett yttre amorft lager för att begränsa Ag-penetrering | Alkalimetalloxidmodifierad pasta med 4 vikt% Na₂O/K₂O och grovt silverpulver, vilket reducerar kontaktsresistiviteten till 0,55 mΩ·cm² |
| Baksidans morfologi | Konventionell baksidepolering | Planariserad baksidepolering eftersom p-TOPCon är känsligare för ytstruktur och kräver lägre J₀ |
| Huvudmål | Blockera Ag-penetrering samtidigt som passiveringen bibehålls | Blockera Ag-penetrering, undertrycka borrelaterade gränsytesdefekter och förbättra p+ poly-Si-metalliseringen |
De rapporterade processdata inkluderar in-situ baksideoxidation vid 650°C, ett mellanliggande SiOx-skikt på cirka 1 nm, bordopning till 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% kristallinitet efter förglödning vid 1050°C, en implicit Voc på 747 mV och en kontaktsresistivitet 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 tjocka 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 hårt dopade sektionen behöver mer tjocklek för att minska kontaktsresistiviteten. Samtidigt driver förglödningssteget vid 1050°C 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 från den tidigare studien var om 430 Ω/□-strategin med hög resistans boremitters skulle fortfarande tillämpas på en fingerformad 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 bordiffunderad frontemitter med en skiktresistans på 430 Ω/□. Fina metallfingrar på cirka 10 μm kompenserar för den svagare laterala konduktiviteten.
26,34%-cellen tar bort den konventionella frontboremitters 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 skiktresistans till att minska den area som täcks 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-fWHM når 8,4 cm⁻¹. Ett lägre värde indikerar bättre kristallinitet. Det gradienttermiska fältet förbättrar både lateral och vertikal temperaturuniformitet och höjer kristalliniteten hos n+ poly-Si.
Fosfordopningen når 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Detta är ungefär en storleksordning högre än fosforkoncentrationen som används i 26,66 % bakkontakten. De främre n+ fingrarna är designade för konduktivitet snarare än full-area passivering. Det mesta av passiveringsarbetet utförs av den full-area bakre p-TOPCon-kontakten.
Fingerbredden är ungefär 210 μm. Poly-Si förblir under metallen, medan det icke-kontaktade texturerade området lämnas oskyddat. Detta minskar avsevärt främre parasitiska absorption jämfört med en full-area poly-Si-kontakt.
430 Ω/□-metoden tillhör bor-emitter-eran. I en fingrad n-TOPCon-struktur kontrolleras rekombination genom lokaliserad poly-Si-täckning, rundad yttextur och förbättrad kristallinitet från GTF-LPCVD, snarare än genom att helt enkelt öka skiktresistansen.
Detta hjälper till att förklara hur 26,34 %-cellen når en Voc på 743,2 mV, nära de 744,6 mV som rapporterats för 26,66 %-cellen, samtidigt som den uppnår en högre Jsc. Den lokaliserade frontkontakten minskar parasitiska absorption som skulle finnas kvar i en full-area 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 bakre | 26,34 % p-TOPCon bakre | 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-sidan behöver en starkare barriär mot borpenetration, även om håltunnling är svårare |
| Inre poly-Si | Cirka 40 nm, lätt fosfordopad och mycket kristallin | 36 nm, lätt bor-dopad | Bor har lägre fast löslighet; ett tunnare inre lager kan fortfarande stödja passivering |
| Mellanliggande SiOx | Cirka 1,5 nm, bildat i O₂ vid 620°C | Cirka 1 nm, bildat in situ | Tunneling är mer krävande på p-typ-sidan, så mellanskiktet kan inte vara för tjockt |
| Yttre poly-Si | Cirka 60 nm, kraftigt fosfor-dopad och huvudsakligen amorf | 90 nm, kraftigt bor-dopad | p+ poly-Si-metallisering är svårare, kräver ett tjockare lager och modifierad pasta |
| Glödgning | Cirka 880–920°C | 1050°C förglödgning, når 98% kristallinitet | Bor kräver en högre aktiveringstemperatur, medan processen också 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 förblir en av de viktigaste processflaskhalsarna |
Jämförelse av framsidan
| Artikel | 26,66% framsida | 26,34% framsida |
|---|---|---|
| Struktur | Helyta bor-diffunderad emitter | Lokaliserade n-TOPCon-fingrar cirka 210 μm breda |
| Rekombinationskontrollstrategi | Hög skiktresistans på 430 Ω/□ för att späda dopningen | Minskad poly-Si-täckning kombinerat med rundad textur |
| Ytstruktur | Konventionell inverterad pyramidstruktur | Ozon- och HF-behandlade rundade pyramider |
| Poly-Si-deponering | Ej tillämpligt | GTF-LPCVD med Raman FWHM på 8,4 cm⁻¹ |
| Dopningsämne | Bor | Fosfor vid 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Vad de två artiklarna säger om bakkontaktutveckling över 26%
Det kombinerade budskapet är ganska direkt.
Vid 25%-nivån var fokus på pinhole-beteendet hos oxidlagret. Vid 26%-nivån gick 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 bakkopplingslayout med lokala framfinger. Det senare är redan nära en partiell BC-TOPCon-arkitektur.
Det mellanliggande SiOx-lagret som används för att blockera silverpenetrering är en gemensam egenskap hos båda dubbelskiktsdesignerna för bakkontakt. p-TOPCon-sidan måste dock lösa tre ytterligare problem:
Ett förglödgningssteg vid 1050°C krävs 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 dess n-TOPCon-motsvarighet, men den kan erbjuda högre Voc-potential när processen väl är kontrollerad.
Dubbelskikts bakre p-TOPCon-kontakten i 26,34%-cellen nådde en implicit Voc på 747 mV, något högre än den uppskattade totala implicita 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 på n-TOPCon.
Forma det mellanliggande SiOx-lagret in situ vid cirka 1 nm. Att kopiera den 1,5 nm termiska oxiden som används i 26,66% n-TOPCon-strukturen kan minska tunnling och skada FF på p-sidan.
Inför 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 alkalimetalloxidmodifierad silverpasta. Den rapporterade formuleringen använder 4 vikt% Na₂O/K₂O och grovt silverpulver. En kontaktsresistivitet 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 frontfingrets bredd till cirka 210 μm. Laserbearbetningsprecisionen måste hålla jämna steg med den smalare kontaktgeometrin. Att minska fingerbredden ytterligare skulle kunna minska parasitiskt ljusabsorbering igen, men laserskador på dubbelskiktsstrukturen skulle behöva omvärderas.
Nästa fråga för BC-TOPCon
26,34%-strukturen, med front n-TOPCon-fingrar och en heltäckande dubbelskikts p-TOPCon-bakkontakt, är i praktiken en partiell version av BC-TOPCon.
Nästa logiska steg skulle vara att även lokalisera den bakre p-TOPCon-kontakten, genom att arrangera bakre p-typ-fingrar och n-typ-fingrar i ett interdigiterat mönster. Det skulle skapa en äkta BC-TOPCon-struktur.
Detta väcker en ny fråga. Bör det mellanliggande SiOx-skiktet i den lokaliserade bakre p-TOPCon-kontakten förbli ren SiO₂, eller bör det ersättas av kvävedopat SiOx enligt en OGO-liknande metod för att stärka fältpassiveringen? Ett annat alternativ skulle vara en AlOx/SiOx-stack, med hjälp av aluminiumoxidens fälteffekt tillsammans med dubbelskikts SiOx/poly-Si-kontakten.
26,34%-studien undersökte inte denna fråga eftersom dess bakre p-TOPCon-kontakt förblev heltäckande och inte var beroende av lokaliserad fälteffektpassivering. När den bakre p-typ-kontakten väl blir fingerformad kan dock kombinationen av AlOx-fälteffektpassivering 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 heltäckande dubbelsidig TOPCon-struktur.
Men hur bör 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 behandlingen med rundade pyramider.
Genom de tre studierna—från 25,4%-cellen från Das Solar till 26,66%- och 26,34%-cellerna—har bakkontaktlogiken gått igenom tre generationer: oxid-pinhole-kontroll, dubbelskiktskydd mot silverpenetrering, 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 mot lokaliserade BC-fingrar, måste kontakresistivitet, laserskada, boraktivering och fälteffektpassivering optimeras som ett kopplat system. Ett tunnare mellanliggande SiOx-skikt kan skydda FF, men det lämnar också mindre marginal mot silverpenetrering och borrelaterad gränssnittsskada. Nästa användbara resultat blir ett som demonstrerar detta kompletta integrationsfönster på produktionsstora vafers, inte bara ett toppverkningsgradsvärde.
