Эмиттеры с высоким поверхностным сопротивлением в массовом производстве: где настоящее узкое место?
Содержание
Введение в продукт
Все в мире фотоэлектричества принимают как данность: повышение поверхностного сопротивления эмиттера (Rsheet) дает вам более высокое Voc, но вы платите за это падением фактора заполнения. Поэтому первый вопрос прост. Действительно ли высокое поверхностное сопротивление сломало FF на этот раз?
Посмотрите на ящичковые диаграммы на рисунках a–d. Данные несколько противоречат интуиции.
Высокий Rsheet с одинарным поли-Si против низкого Rsheet с одинарным поли-Si: Jsc почти не меняется, ΔJsc близко к 0. Voc немного увеличивается. А FF, вместо того чтобы падать, на самом деле немного растет.
Высокий Rsheet с двойным поли-Si — это полный пакет. По сравнению с базовым уровнем низкого Rsheet с одинарным поли-Si, Jsc увеличивается примерно на 0,12 мА/см², Voc — примерно на 2 мВ, а FF повышается примерно на 0,4%.
Вывод: эмиттер с высоким поверхностным сопротивлением не принес того транспортного штрафа, которого все опасались. Благодаря структурной оптимизации он вместо этого поднял весь набор электрических параметров.
Технические параметры
От «мертвого слоя» к тонкой сетке: прецизионная хирургия
Рисунки e и f раскрывают физику, стоящую за этим.
Во-первых, уничтожьте мертвый слой и удвойте время жизни. Профиль ECV (электрохимической емкости-напряжения) на рисунке e показывает, что поверхностная концентрация бора в эмиттере с высоким Rsheet (красная кривая) находится значительно ниже, чем в эмиттере с низким Rsheet (синяя кривая). Это означает, что поверхностный «мертвый слой», область с поврежденной решеткой, вызванная сильным легированием, становится тоньше.
Это проявляется в эффективном времени жизни неосновных носителей на рисунке f. Образец с низким Rsh достигает только 0,70 мс при уровне инжекции 10^15 см^-3, в то время как образец с высоким Rsh сразу переходит к 1,12 мс. Более длительное время жизни неосновных носителей снижает плотность тока рекомбинации J0 (см. рисунок g), что дает прочную основу для прироста Voc.
| Параметр | Эмиттер с низким Rsh | Эмиттер с высоким Rsh |
|---|---|---|
| Время жизни неосновных носителей (при 10^15 см^-3) | 0,70 мс | 1,12 мс |
| Шаг сетки | 1120 мкм | 825 мкм |
| Ширина линии сетки | 20 мкм | 10 мкм |
| J0 (двойной поли-Si) | выше | ~5 фА/см² |
| Удельное контактное сопротивление ρc (двойной поли-Si) | — | ~2-3 мОм·см² |
Высокого поверхностного сопротивления недостаточно, нужно еще решить проблему латерального переноса. Сравните микрофотографии на рисунке i. Эмиттер с низким Rsh имеет шаг сетки 1120 мкм и ширину линии 20 мкм. Эмиттер с высоким Rsh уменьшает шаг до 825 мкм и сужает ширину линии до 10 мкм. В этом суть перепроектирования сетки: поскольку сопротивление эмиттера возросло, сделайте сетку более плотной и тонкой, чтобы добавить больше проводящих путей, при этом более тонкие пальцы уменьшают площадь затенения. Такая тонкая конструкция не только компенсирует потери от высокого поверхностного сопротивления, но и улучшает оптический захват.
Технические преимущества
Глубокий компромисс между электрическими параметрами
Рисунки g и h охватывают два параметра, которые больше всего волнуют инженера на линии.
Плотность тока рекомбинации (J0): двойной поли-Si с высоким Rsh (красные точки) имеет наименьший J0, примерно 5 фА/см², значительно ниже других групп. Это говорит о том, что структура двойного поли-Si эффективно блокирует диффузию примесей металла и защищает пассивацию интерфейса.
Удельное контактное сопротивление (ρc): эмиттер с высоким поверхностным сопротивлением обычно увеличивает контактное сопротивление. Но на рисунке h двойной поли-Si с высоким Rsh (красные точки) все еще удерживает ρc на низком уровне, около 2-3 мОм·см². Благодаря оптимизированной металлизации (например, LECO или наносекундный джоулев нагрев) эмиттер с высоким поверхностным сопротивлением все еще может формировать хороший омический контакт, и катастрофы FF из-за «высокое сопротивление встречает высокое сопротивление» не происходит.
Применение продукта
Три конкретных числа для производственной линии
Сводя вместе данные моделирования и измерений на рисунках j–l, вот несколько ключевых моментов для PE (технологов) и PD (разработчиков продуктов).
Новый ориентир для поверхностного сопротивления: традиционные 100–200 Ом/□ могут быть не оптимальными. Данные показывают, что увеличение до ~430 Ом/□ (красная кривая на рисунке e) дает наилучший компромисс по времени жизни и Voc. Но для этого требуется отличная однородность трубчатой печи, иначе краевой эффект выходит из-под контроля.
Компромисс в дизайне сетки: уменьшение ширины линии с 20 мкм до 10 мкм предъявляет огромные требования к точности совмещения при трафаретной печати и реологии серебряной пасты. Поверхность моделирования на рисунке k показывает оптимальную зону согласования между шагом сетки и поверхностным сопротивлением эмиттера, а слепое сужение пальцев приводит к резкому росту последовательного сопротивления.
«Невидимая броня» двойного поликремния: кривая тока-напряжения (JV) на рисунке l показывает, что кривая для высокоомного двойного поли-Si является наиболее полной, без заметного излома. Это доказывает, что двухслойная структура эффективно подавляет паразитные утечки, поэтому высокий Voc действительно преобразуется в высокий КПД.
Контакты и обсуждение
Камень в огород коллег
Мы стремимся к высокому поверхностному сопротивлению на лицевой стороне (для Voc) и тонким сеткам (для сохранения FF), а также к двойному поликремнию на тыльной стороне (для подавления проникновения серебра и повышения двусторонности). Как только вы комбинируете эту «экстремальную с обеих сторон» комбинацию, технологическое окно сильно сужается.
Высокоомная борная диффузия на лицевой стороне предъявляет экстремальные требования к очистке PSG и однородности осаждения борного источника. Тыльный двойной поликремний требует столь же высокой точности при CVD-осаждении и лазерной резке канавок.
Вот в чем вопрос. По мере того как КПД ячеек приближается к теоретическому пределу 26,7%, стоит ли нам тратить больше усилий на микрооднородность оборудования (термическое поле трубчатой печи для борной диффузии, плоскость загрузочного стола CVD), а не бесконечно наращивать новые технологические этапы? Для тех, кто работает на линии, что, по вашему мнению, является самым большим узким местом, сдерживающим массовое производство высокоомных эмиттеров с двойным поликремнием: возможности оборудования или образ мышления при интеграции процессов?
Мнение Ooitech
Честно говоря, суть здесь не столько в новом технологическом шаге, сколько в том, насколько узким становится окно, когда вы одновременно воздействуете на обе поверхности. Палец толщиной 10 мкм на эмиттере с сопротивлением 430 Ом/□ живет или умирает в зависимости от точности печати и однородности печи, поэтому борьба смещается с «какого рецепта» на «насколько воспроизводимо мое оборудование». На линии модулей та же логика проявляется при стринговании и межсоединениях, где тонкие, хрупкие пальцы наказывают за небрежное обращение. Стоит подписаться на YouTube-канал Ooitech (www.youtube.com/ooitech), если хотите увидеть, как эта одержимость однородностью проявляется на производстве.
