Эмиттеры с высоким поверхностным сопротивлением
Содержание
Краткий ответ: Эмиттеры с высоким поверхностным сопротивлением широко считаются способными повысить эффективность солнечных элементов, поскольку более низкий уровень легирования уменьшает рекомбинацию в эмиттере и пропускает больше коротковолнового света для преобразования. Это предположение верно лишь отчасти. Повышение поверхностного сопротивления эмиттера действительно снижает рекомбинацию, но также увеличивает контактное сопротивление между эмиттером и трафаретно напечатанными серебряными пальцами и сужает технологическое окно для вжигания. После определённого момента эти два эффекта компенсируют друг друга, и дальнейший выигрыш требует лучшего формирования контакта, а не более лёгкого легирования. Именно поэтому эмиттеры с высоким поверхностным сопротивлением вошли в производство вместе с достижениями в рецептуре паст и профилях вжигания, а не сами по себе. На линии TOPCon эмиттер взаимодействует с задним пассивирующим контактом, поэтому оптимум определяется сразу с обеих сторон.
Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech
Введение в продукт
Все в мире фотоэлектричества принимают как данность: повышение поверхностного сопротивления эмиттера (Rsheet) дает вам более высокий 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 коробчатые 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 подрастает. А FF, вместо того чтобы падать, на самом деле немного ползет вверх.
Высокий Rsheet с двойным поли-Si — это полный пакет. По сравнению с базовым уровнем низкого Rsheet с одинарным поли-Si, Jsc выигрывает около 0,12 мА/см², Voc выигрывает около 2 мВ, а FF подтягивается примерно на 0,4%.
Вывод: эмиттер с высоким поверхностным сопротивлением не принес того транспортного штрафа, которого все опасались. Благодаря структурной оптимизации он поднял весь набор электрических параметров вместо этого.
Технические параметры
От «мертвого слоя» к тонкой сетке: точная хирургия
Рисунки e и f раскрывают физику, стоящую за этим.
Во-первых, устраните мертвый слой и удвойте время жизни. Профиль ECV (электрохимическое вольт-фарадное профилирование) на рисунке e показывает, что поверхностная концентрация бора эмиттера с высоким Rsheet (красная кривая) находится значительно ниже, чем у эмиттера 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 Rsheet достигает только 0,70 мс при уровне инжекции 10^15 см^-3, в то время как образец с высоким Rsheet прыгает прямо до 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 Rsheet | Эмиттер с высоким Rsheet |
|---|---|---|
| Время жизни неосновных носителей (при 10^15 см^-3) | 0,70 мс | 1,12 мс |
| Шаг сетки контактов | 1120 μm | 825 μm |
| Ширина линий сетки | 20 μm | 10 μm |
| J0 (двойной поли-Si) | выше | ~5 fA/cm² |
| Удельное контактное сопротивление ρc (двойной поли-Si) | — | ~2-3 мОм·см² |
Высокого поверхностного сопротивления само по себе недостаточно, все равно нужно решать проблему латерального переноса. Сравните микрофотографии на рисунке i. Эмиттер с низким R имеет шаг сетки 1120 μm и ширину линии 20 μm. Эмиттер с высоким R уменьшает шаг до 825 μm и сужает ширину линии до 10 μm. В этом суть изменения конструкции сетки: поскольку сопротивление эмиттера выросло, сделайте сетку плотнее и тоньше, чтобы добавить больше токопроводящих путей, а 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): высокий Rsheet двойной поли-Si (красные точки) имеет самый низкий J0, примерно 5 fA/cm², 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 высокий Rsheet двойной поли-Si (красные точки) по-прежнему 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 образовывать хороший омический контакт, и не происходит катастрофы с FF из-за «высокое сопротивление встречает высокое сопротивление».
Применение продукта
Три ключевых числа для производственной линии
Объединяя результаты моделирования и измерений на рисунках j-l, вот несколько ориентиров для технологов (PE) и разработчиков продукта (PD).
Новая точка отсчета для поверхностного сопротивления: традиционные 100-200 Ом/□ могут не быть оптимумом. Данные предполагают, что увеличение примерно до 430 Ом/□ (красная кривая на рисунке e) дает наилучший выигрыш по времени жизни и Voc. Но для этого требуется отличная равномерность в трубчатой печи, иначе краевой эффект приведет к разбросу.
Компромисс в дизайне сетки: уменьшение ширины линий с 20 мкм до 10 мкм предъявляет огромные требования к точности трафаретной печати и реологии серебряной пасты. Поверхность моделирования на рисунке k показывает оптимальную зону соответствия между шагом сетки и удельным сопротивлением эмиттера, а бездумное сужение пальцев приводит к резкому росту последовательного сопротивления.
«Невидимая броня» двойного поли: кривая плотности тока-напряжения (JV) на рисунке l показывает, что кривая двойного поли-Si с высоким Rsheet является самой полной, без явного излома. Это доказывает, что двухслойная структура эффективно подавляет паразитные утечки, поэтому высокий Voc действительно преобразуется в высокий КПД.
Контакт и обсуждение
Кирпич в огород коллег
Мы стремимся к высокому удельному сопротивлению на лицевой поверхности (для Voc) и мелкой сетке (для сохранения FF), а на тыльной стороне — к двойному поли (для подавления проникновения серебра и повышения двусторонности). Как только вы складываете эту комбинацию «обе стороны до предела», технологическое окно сильно сужается.
Высокоомная борная диффузия на лицевой стороне предъявляет экстремальные требования к очистке PSG и равномерности осаждения борного источника. Тыльный двойной поли требует столь же высокой точности в CVD-осаждении и лазерной канавке.
Вот настоящий вопрос. По мере того как эффективность ячеек приближается к теоретическому пределу 26,7%, должны ли мы тратить больше энергии на контроль микроравномерности оборудования (тепловое поле трубчатой печи для борной диффузии, плоскостность загрузочного стола CVD), а не бесконечно добавлять новые технологические этапы? Тем, кто работает на линии, как вы думаете, что является самым большим узким местом, сдерживающим массовое производство эмиттеров с высоким Rsheet плюс двойной поли: возможности оборудования или подход к интеграции процессов?
Мнение Ooitech
Честно говоря, здесь речь идет не столько о новом технологическом этапе, сколько о том, насколько узким становится окно, когда вы одновременно продвигаете обе поверхности. Палец шириной 10 мкм на эмиттере 430 Ом/□ живет или умирает в зависимости от точности печати и равномерности печи, поэтому борьба действительно переходит от «какой рецепт» к «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 канал Ooitech на YouTube (www.youtube.com/ooitech), если хотите увидеть, как эта одержимость равномерностью проявляется на производстве.
