Последняя битва на тыльной стороне BC-TOPCon: сохранить нижний слой SiOx замороженным, зонировать средний слой с помощью AlOx/SiOx
Содержание
Введение в продукт
"Старый Чжан, та статья про 26,34% с фронтальными пальцами и полноконтактным p-слоем на тыльной стороне — следующий шаг — сделать p-пальцы и на тыльной стороне, и это настоящий BC. Но под p-пальцем, тот средний слой SiOx: оставляем чистый SiOx из 26,66 или меняем на AlOx/SiOx, чтобы использовать полевой эффект?" Этот вопрос возник сегодня утром, сразу после того, как я скинул статью про 26,34% в чат производственной линии, и ребята из BC-проекта начали за нее цепляться.
В настоящем BC-TOPCon нижний слой SiOx — тот, что выращивает пассивирующие пинхолы — 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 использовать 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. с 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 обратными контактами. 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). Создан на основе HIBC 1.0 (Wang G. и др., Nature 647, 369–374, 2025, DOI:10.1038/s41586-025-09681-w, 27,81%) с итерациями iPET + LIC; статья ожидается, 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 + тыльный n-TOPCon полноконтактный двухслойный | Фронтальный a-SiOx + тыльный p/n гребенчатый (HBC) | Фронтальный HJT-P + тыльный TOPCon-N палец (HIBC) |
| Voc (мВ) | 744.6 | 740 | — |
| Jsc (мА/см²) | ~41,2 оцен. | 42.54 | — |
| FF (%) | 85.57 | 87.73 | — |
| Ключевой ход | Двойной слой SiOx/поли + блокировка Ag | 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 "двойным слоем на тыльной стороне". Он возникает из-за оптимизации геометрии пальцев на тыльной стороне, бестеневое фронтальное покрытие без сетки и снижение рекомбинации на контактах до уровня 400-500 фА/см² (подробнее ниже).
Технические преимущества
Как двойной слой SiOx/поли меняется при локализации p-пальцев
Оба варианта "двойного слоя" 26,66% и 26,34% имеют полно-контактную тыльную сторону — поли покрывает всю тыльную поверхность, средний SiOx идет как единый непрерывный слой. Как только реальная BC делает и тыльные n- и p-пальцы, стек переходит от "сплошного" к "гребенчатому", и эти две логики должны быть переразделены.
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, указанный в работе 26,34%).
Средний SiOx (изначально 1,5 нм, место блокировки Ag) — в BC материал может быть зонирован.
Это ключевая переменная. Средний слой в 26,66/26,34 — чистый термический SiO₂, однофункциональный (блокирует Ag + утончает стоп-слой). В гребенчатой структуре BC область p-пальца сталкивается с двумя новыми болевыми точками, с которыми полно-контактная структура никогда не сталкивалась.
Болевая точка A: Сторона p-TOPCon естественно слаба в полевом эффекте. Фиксированный заряд от B на границе Si/SiO₂ положительный (противоположно 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 с J₀,metal ~2400-2500 фA/см², что соответствует эффективности ~25,9%. Чтобы достичь уровня Ag-системы в 26,8%, необходимо снизить J₀,metal ниже 400-500 фA/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) — поучительный пример:
AlOx и двойные слои AlOx/SiOx в качестве туннельных слоев пассивируют хуже, чем чистый SiOx.
Механизм: AlOx/SiOx значительно 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 возрастает.
Таким образом, нижний SiOx абсолютно нельзя заменять на AlOx — это коренная причина того, что 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 пути аморфного водорода 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, обеспечивающим 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 взрывную диффузию 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" слоя пока нет, но логическая цепочка сходится. a-SiOx:H/AlOx:H толщиной 6нм/12нм на n-типе фронтальной пассивации уже дает τeff 5.1 мс без отжига, что говорит о том, что AlOx, не касаясь 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 в качестве прямого туннельного слоя.
Применение продукта
Три поддерживающих шага для локализации p-пальца (прирост с 26.34 до 27.6)
| Шаг | Базовый уровень 26.34% | Прирост за счет локализации p-пальца BC | Решаемое узкое место |
|---|---|---|---|
| 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), контактный 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 подтвержден стабильным) | J₀,metal 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 вес.% Na₂O/K₂O) | Бессеребряный Al-контакт или смешанная паста Ag-Al, p-палец обжиг 700°C J₀,metal ~2400, n-палец ~2500 в тех же условиях | Бессеребряный + снизить J₀,metal до 400 |
Эти данные по бессеребряному BC важны: после LCO (лазерного открытия контакта) iVoc почти не падает, а Рамановская спектроскопия не показывает аморфного сигнала, что доказывает: «открыть окно, не нарушая пассивацию poly/SiOx» возможно — это технологическая основа для «сохранения чистого SiOx в середине контактных областей + окна пасты LCO» под p-пальцем BC. Но J₀,metal 2400 fA/см² соответствует только КПД 25,9%. Этот разрыв в 0,9% абс. до Ag-системы с 26,8% полностью съедается контактной рекомбинацией. Узкое место следующего скачка — не пассивирующий слой, а металлизация.
Так за что же на самом деле борется тыльная сторона в этом последнем скачке до 27%?
Выстроим все четыре поколения — Das 25,4 → JinKo 26,66 → JinKo 26,34 → Golden Stone 27,62 / LONGi 28,13:
Поколение 25,4%: тыльная сторона боролась за «пинхольный характер» нижнего SiOx (пассивация против рекомбинации), двухступенчатое окисление LPCVD, выращивающее пассивирующие пинхолы класса 10¹².
Поколение 26,66%: тыльная сторона боролась за двухслойный SiOx/poly + средний SiOx Ag-блок + лазерное утоньшение, решая проблему деградации металлизации и паразитного поглощения.
Поколение 26,34%: тыльный p-TOPCon с полным контактом двухслойный + щелочная паста + предварительный отжиг при 1050°C, подтачивая p-стороннюю сегрегацию бора и металлизацию.
Поколение 27,6%+ (BC): тыльные p/n чередующиеся, нижний SiOx настроен по полярности (p-сторона 2,0 / n-сторона 1,3) + зонированный средний слой (бесконтактный AlOx/SiOx для полевого эффекта, контактный чистый SiOx) + открытие LCO без ущерба пассивации + бессеребряная/низкосеребряная металлизация, сжимающая J₀,metal до 400.
Один контринтуитивный вывод: выше 27% в комбинации «полевой эффект + двухслойный» на тыльной стороне AlOx не может находиться внизу (туннельный участок раздувает диффузию бора), только в среднем бесконтактном регионе. Это самое большое отличие от эпохи PERC, когда «AlOx прямо на c-Si для заимствования отрицательного заряда». Структура BC как раз дает пространство для «зонированного среднего слоя» (чередующаяся геометрия сама создает зонирование). Полноконтактный TOPCon просто не может так сыграть. Это также объясняет, почему 26,66/26,34 никогда не ставили AlOx в середину — они полноконтактные, середина должна выполнять двойную роль стоп-слоя и Ag-блока, а чистый SiOx безопаснее.
Что пилотная линия BC может попробовать в первую очередь
Переместить нижний SiOx p-пальца с 1,5 до 1,8–2,0 нм — добавить 30–50% времени O₂ при 620°C в LPCVD, сначала посмотреть на ECV-профиль сегрегации бора.
Запустить средние образцы «с двумя вариантами»: группа A — чистый SiOx 1,5 нм (базовый уровень 26,66), группа B — бесконтактный ALD AlOx 3 нм / SiOx 1 нм плюс контактный чистый SiOx 1,5 нм (правильно выровнять окно LCO).
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 для доз на стороне B и стороне N отдельно.
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 рисунка контактов 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 области контакта? 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», где P-сторона выполнена по логике HJT, а не TOPCon. Достигнет ли HIBC (P-сторона HJT + N-сторона TOPCon) 28% раньше, чем полностью TOPCon BC (обе пальцы — p и n — на poly/SiOx)? Линия LONGi с 28,13% показывает, что HIBC победил, но простота устройства полностью TOPCon BC (poly на обеих сторонах N и P, общий отжиг) может вернуть преимущество по долгосрочной 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 умна, 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 выдерживать допуски 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. Те, кто строит или модернизирует линии производства модулей, могут узнать многое об этих компромиссах обжига и ламинации на YouTube-канале Ooitech по адресу www.youtube.com/ooitech.
