Последняя битва за тыльную сторону BC-TOPCon: сохраните нижний слой SiOx замороженным, зонируйте средний слой с помощью AlOx/SiOx
Содержание
Введение в продукт
«Старый Чжан, та статья про 26,34% с фронтальными пальцами и полноконтактным задним p-слоем — следующий шаг — сделать задний p-палец тоже пальцевым, и это настоящий BC. Но под p-пальцем, тот средний слой SiOx: оставляем чистый SiOx из 26,66 или меняем на AlOx/SiOx, чтобы заимствовать полевой эффект?» Этот вопрос возник сегодня утром, сразу после того, как я скинул статью про 26,34% в чат производственной линии, и ребята из проекта BC начали её обсуждать.
В настоящем BC-TOPCon нижний слой SiOx — тот, что выращивает пассивирующие пины — трогать нельзя. Но «средний слой SiOx», изначальная задача которого — блокировать Ag и утончать стоп-слой, можно поиграть по зонам, как только p-пальцы локализуются. В областях без контакта переходим на AlOx/SiOx, чтобы заимствовать полевой эффект. В областях контакта, прямо под пастой, оставляем чистый SiOx, чтобы остановить диффузию B от взрыва. Эта одна замена — самый большой кусок, который можно съесть на тыльной стороне в пределах скачка на 1,3% абс. от 26,34% до 27,6%+.
Технические параметры
Во-первых, два эталона BC с эффективностью 27%+ на столе
Zheng, Z. и др. Максимизация извлечения носителей в гибридных кремниевых солнечных элементах с задним контактом. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026- (Пекинский технологический университет + Golden Stone Energy, сертифицировано 27,62%)
LONGi HIBC, 28,13%, ISFH CalTeC апр. 2026 (LONGi HIBC 2.0, маршрут HPBC, свежий рекорд). Построен на HIBC 1.0 (Wang G. и др., Nature 647, 369–374, 2025, DOI:10.1038/s41586-025-09681-w, 27,81%) с итерацией iPET + LIC; статья на рассмотрении, сертификация на официальном сайте LONGi.
| Показатель | JinKo 26,66% (двусторонний n-TOPCon) | BJUT + Golden Stone 27,62% (HBC) | LONGi HIBC 28,13% |
|---|---|---|---|
| Структура | Фронтальный бор + задний n-TOPCon полноконтактный двухслойный | Фронтальный a-SiOx + задний p/n гребенчатый (HBC) | Фронтальный HJT-P + задний TOPCon-N палец (HIBC) |
| Voc (мВ) | 744.6 | 740 | — |
| Jsc (мА/см²) | ~41.2 оцен. | 42.54 | — |
| FF (%) | 85.57 | 87.73 | — |
| Ключевой ход | Двухслойный SiOx/поли + Ag-блокировка | Градиентная B-легированная a-Si + O-легированная a-SiOx фронтальная пассивация | Биполярная гибридная пассивация (P-сторона a-Si:H + N-сторона поли) |
Обратите внимание на FF 87.73%. 26.66% достигает только 85.57%. Этот разрыв в 2% абс. FF не может быть компенсирован только "задним двухслойным" слоем. Он возникает из-за оптимизации геометрии пальцев на задней стороне, отсутствия затенения от сетки на фронтальной поверхности и снижения контактной рекомбинации до уровня 400-500 фА/см² (подробнее ниже).
Технические преимущества
Как двухслойный SiOx/поли меняется при локализации p-пальцев
Оба варианта "двухслойных" 26.66% и 26.34% имеют полно-контактную заднюю сторону — поли покрывает всю заднюю поверхность, средний SiOx идет как единый непрерывный слой. Как только реальный BC делает и задние n-, и задние p-пальцы, стек переходит от "сплошного" к "межпальцевому", и эти две логики нужно переразделить.
Нижний SiOx (~1.x нм, место туннелирования) — никогда не двигается.
Это родная территория той работы Das Solar по пинхол-пассивации. Он выращивает кислородсодержащие пинхолы класса 10¹² см⁻², и снижение J₀ до 2-4 фА/см² опирается на него.
В BC нижний SiOx под p-пальцем сталкивается с B-легированным поли, а не с P. B имеет более высокую Dit на границе Si/SiO₂, и сегрегация B разрушает стехиометрию SiOx. Поэтому нижний SiOx на стороне p-пальца должен быть немного толще, чем на стороне n-пальца (+0.2-0.3 нм), с предварительным отжигом при 1050°C для активации B и доведения кристалличности до 98% (базовый уровень из статьи 26.34%).
Средний SiOx (изначально 1.5 нм, место Ag-блокировки) — в BC материал можно зонировать.
Это ключевая переменная. Средний слой в 26.66/26.34 — чистый термический SiO₂, однофункциональный (блокирует Ag + утоньшает стоп-слой). В межпальцевой структуре BC область p-пальца сталкивается с двумя новыми болевыми точками, которых полно-контактная структура никогда не имела.
Болевая точка A: Сторона p-TOPCon естественно слаба в полевом эффекте. Фиксированный заряд от B на границе Si/SiO₂ положительный (противоположен стороне n+). Чистый SiOx не дает полевой пассивации на p-стороне, поэтому приходится заимствовать отрицательный заряд из внешнего стека AlOx.
Болевая точка B: Рекомбинация на металлическом контакте J₀,metal под p-пальцем — это потолок эффективности BC. Бессеребряный BC сегодня находится на уровне Al-контакта J₀,metal ~2400-2500 фА/см², что соответствует эффективности ~25,9%. Чтобы достичь уровня Ag-системы 26,8%, необходимо снизить J₀,metal ниже 400-500 фА/см².
Чистый SiOx-слой в середине не справляется с A. Полная замена на AlOx/SiOx наступает на другую мину.
AlOx/SiOx как туннельный слой — ловушка, но как средний слой может быть конфеткой
В литературе смешиваются два сценария, которые необходимо различать.
Сценарий 1: AlOx напрямую заменяет нижний SiOx в качестве туннельного слоя. Работа Каур (Solar Energy Materials 2021) — поучительная история здесь:
AlOx и двойные слои AlOx/SiOx в качестве туннельных слоев пассивируют хуже, чем чистый SiOx.
Механизм: AlOx/SiOx заметно усиливает диффузию B и подавляет диффузию P. B накапливается в «резервуаре» в области AlOx, затем проникает в c-Si — двойной удар от рекомбинации Оже и дефектов пар B-O.
Кроме того, Al диффундирует из AlOx в c-Si, образуя глубокие уровни, поэтому рекомбинация SRH также растет.
Таким образом, нижний SiOx абсолютно нельзя заменять на AlOx — это коренная причина, почему базовые показатели 26,66/26,34 не двигаются, и именно поэтому LONGi HIBC работает по схеме «P-сторона с a-Si:H (логика HJT), N-сторона с poly (логика TOPCon)». P-сторона просто обходит структуру SiOx/poly и идет по аморфному водородному пути HJT, чтобы избежать ловушки B-SiOx.
Сценарий 2: AlOx/SiOx находится в «средней» позиции (без туннелирования, только полевой эффект + блокировка Ag). Это только для BC:
Нижний SiOx (1.x нм) остается чистым термическим SiO₂, выращивает пассивирующие пины.
Над внутренним poly (p+, высокая кристалличность), под внешним poly (p++, сильно легированным для металлизации) находится чистый средний SiOx (1-1,5 нм).
В областях без контакта (между пальцами и внутри пальцев вдали от пасты) средний слой заменяется на ультратонкий стек AlOx (2-4 нм) / SiOx (1 нм). Отрицательный фиксированный заряд AlOx ~10¹²-10¹³ см⁻² придает p-пальцу полевой эффект и снижает Dit на p-стороне TOPCon.
В областях контакта (под отверстием пасты) средний слой сохраняет чистый SiOx — чтобы предотвратить взрыв диффузии B через AlOx во время обжига (Ag-паста обжигается при 700-800°C, а AlOx становится нестабильным выше 550°C из-за диссоциации Si-H).
Публичных данных по BC-сечению для этого "зонированного среднего" пока нет, но логическая цепочка сходится. a-SiOx:H/AlOx:H толщиной 6нм/12нм на n-типе фронтальной пассивации уже даёт τeff 5.1 мс без отжига, что говорит о том, что AlOx, не касающийся напрямую c-Si (с a-SiOx или SiOx между ними), позволяет полевому эффекту и химической пассивации работать совместно. Область без контакта p-пальца BC — именно такой случай: нижний SiOx отделяет c-Si, средний AlOx/SiOx отделяет внутренний поликремний, AlOx никогда не касается c-Si, а путь диффузии B блокируется двумя барьерами: нижним SiOx плюс внутренним поликремнием — это гораздо безопаснее, чем AlOx как прямой туннельный слой.
Применение продукта
Три поддерживающих шага для локализации p-пальца (прирост с 26.34 до 27.6)
| Шаг | Базовый уровень 26.34% | Прирост от локализации p-пальца BC | Решаемая проблема |
|---|---|---|---|
| Нижний SiOx | Полный контакт 1.8 нм (сторона p-TOPCon) | 1.8→2.0 нм под p-пальцем (анти-пиннинг B), 1.3-1.5 нм под n-пальцем | Сегрегация B разрушает SiOx |
| Средний SiOx | Чистый SiOx 1 нм (in-situ) | Зонированный: без контакта AlOx(3нм)/SiOx(1нм), контакт — чистый SiOx 1 нм | Слабый полевой эффект на p-стороне |
| Внешний поликремний | 90 нм p++, щелочно-металлическая паста | Лазерное LCO-открытие под p-пальцем, открывает только AlOx/SiNx, не повреждая поликремний/SiOx (iVoc подтверждён стабильным) | J₀,металл 2400→400 |
| Отжиг | Предварительный отжиг 1050°C, кристалличность 98% | То же, но окно совместного отжига p/n пальцев должно быть компромиссным — P-сторона 880-920, B-сторона 1050, разделение при ~950-980°C длительный отжиг | Конфликт термического бюджета |
| Металлизация | Щелочно-металлическая Ag-паста (4 мас.% Na₂O/K₂O) | Бессеребряный Al-контакт или смешанная Ag-Al паста, p-палец обжиг 700°C J₀,металл ~2400, n-палец ~2500 при тех же условиях | Без серебра + снизить J₀,металл до 400 |
That silver-free BC data matters: after LCO (laser contact opening) iVoc barely drops and Raman shows no amorphous signal, proving "open the window without breaking poly/SiOx passivation" is doable — that's the process foundation for "keep pure SiOx middle in contact regions + LCO paste window" under the BC p-finger. But J₀,metal 2400 fA/cm² only maps to 25.9% efficiency. That 0.9% abs gap to the Ag-system 26.8% is entirely eaten by contact recombination. The next-jump bottleneck is not the passivation layer, it's metallization.
So what's the backside really fighting over in that last jump to 27%
Line up all four generations — Das 25.4 → JinKo 26.66 → JinKo 26.34 → Golden Stone 27.62 / LONGi 28.13:
25.4% generation: the backside fought over the bottom SiOx's "pinhole personality" (passivation vs recombination), LPCVD two-step oxidation growing 10¹²-class passivating pinholes.
26.66% generation: the backside fought over the double-layer SiOx/poly + middle SiOx Ag block + laser thinning, solving metallization degradation and parasitic absorption.
26.34% generation: back p-TOPCon full-contact double-layer + alkali-metal paste + 1050°C pre-anneal, gnawing at p-side B segregation and metallization.
27.6%+ generation (BC): back p/n interdigitated, bottom SiOx tuned by polarity (p-side 2.0 / n-side 1.3) + zoned middle (non-contact AlOx/SiOx for field effect, contact pure SiOx) + LCO opening without hurting passivation + silver-free/low-Ag metallization pressing J₀,metal to 400.
One counter-intuitive call: above 27%, in the backside "field effect + double-layer combo," AlOx cannot go in the bottom (the tunnel site blows up B diffusion), only in the middle non-contact region. That's the biggest difference from the PERC era's "AlOx directly on c-Si to borrow negative charge." The BC structure happens to hand you the space for a "zoned middle" (interdigitated geometry brings its own zoning). Full-contact TOPCon simply can't play this. That also explains why 26.66/26.34 never put AlOx in the middle — they're full-contact, the middle has to double as stop layer + Ag block, and pure SiOx is safer.
What a BC pilot line can try first
Move p-finger bottom SiOx from 1.5 to 1.8-2.0 nm — add 30-50% LPCVD 620°C O₂ time, first look at the B segregation ECV profile.
Run "two-choice" middle samples: Group A pure SiOx 1.5 nm (26.66 baseline), Group B non-contact ALD AlOx 3nm / SiOx 1nm plus contact pure SiOx 1.5 nm (get the LCO window alignment right).
Настройте LCO-лазер для совместимости с AlOx — AlOx более чувствителен к 355 нм, чем SiOx, поэтому рецепт глубокого УФ-фотона 4,8 эВ «открывает только SiNx/AlOx, не повреждая poly/SiOx» требует повторной калибровки отдельно для доз на B-стороне и N-стороне.
Переключите металлизацию на смешанную пасту Ag-Al или полностью на Al, зафиксируйте обжиг при 700°C — базовые значения n/p J₀,metal 2400-2500 требуют совместной настройки стеклофритты, атмосферы обжига и плотности контактного рисунка для достижения 400-500.
Открытые вопросы для команды по металлизации BC
Производственная осуществимость «зонированной середины» под p-пальцем — требует ли ALD AlOx только на бесконтактной области маску, или вы наносите на всю поверхность и позволяете LCO удалить AlOx в контактной области? Первый вариант добавляет шаг маскирования (BC и так достаточно сложен), второй рискует тем, что LCO-лазер удалит стек AlOx/SiOx и повредит нижний SiOx, пассивирующий поры (проверено, что удаление только AlOx/SiNx не вредит poly/SiOx; стек AlOx/SiOx не проверялся).
Кроме того, результат Golden Stone 27,62% был достигнут с использованием «градиентной B-легированной a-Si + O-легированной a-SiOx фронтальной пассивации», при этом P-сторона была по логике HJT, а не TOPCon. Достигнет ли HIBC (P-сторона HJT + N-сторона TOPCon) 28% раньше, чем полностью TOPCon BC (оба p-пальца и n-пальца poly/SiOx)? Линия LONGi 28,13% показывает, что HIBC победил, но простота устройства полностью TOPCon BC (poly на обеих N и P сторонах, общий отжиг) может выиграть в долгосрочной перспективе по стоимости. Эти два подмаршрута BC столкнутся далее в компромиссе «потолок пассивации против сложности процесса».
Четыре статьи подряд (Das 25,4 → JinKo 26,66 → JinKo 26,34 → Golden Stone 27,62 / LONGi 28,13), и логика задней стороны TOPCon трех поколений от 25%→26%→27%+ завершена: пассивирующие поры → двухслойный Ag-блок + утоньшение → BC-межпальцевое соединение + зонированная середина + комбинация полевого эффекта.
Мнение Ooitech
Идея зонированной середины умная, но, честно говоря, более сложная борьба идет на производственной линии, а не на чертежной доске. Снижение J₀,metal с 2400 до 400 означает, что дозировка LCO-лазера, фритта пасты и профиль обжига должны сохранять допуск на каждом пальце, пластина за пластиной — и это проблема повторяемости на модульной линии не меньше, чем физика ячейки. Независимо от того, придет ли индустрия к полностью TOPCon BC или HIBC первой, технологическое окно в любом случае сужается, поэтому метрология и термический контроль стека задней стороны становятся реальными контролерами. Люди, строящие или модернизирующие линии производства модулей, могут узнать многое об этих компромиссах обжига и ламинации на YouTube-канале Ooitech по адресу www.youtube.com/ooitech.
