Acima de 26,3% de Eficiência, O Que Falta Otimizar na Parte Traseira? Contatos Traseiros Tipo n Buscam Sinergia Bifacial, Enquanto Contatos Traseiros Tipo p Caminham para Bac
Índice
Acima de 26,3% de Eficiência, O Que Falta Otimizar na Parte Traseira?
“Lao Zhang, a célula de 26,66% usou uma estrutura traseira p-TOPCon completa. No artigo de 26,34%, a frente foi alterada para dedos n-TOPCon localizados, enquanto a traseira se tornou um contato p-TOPCon de área total. A pilha de dupla camada SiOx/poly-Si ainda é a mesma?”
Essa foi a pergunta de acompanhamento da nossa equipe de processo depois que terminamos de discutir a célula de 26,66% ontem.
A arquitetura básica de dupla camada traseira é quase copiada do design de 26,66%, mas o lado p-TOPCon introduz três botões de ajuste que a célula de 26,66% não tocou. A estratégia frontal também é completamente diferente. Ela se afasta do emissor de boro de alta resistência de 430 Ω/□ e se direciona para dedos n-TOPCon localizados. Essas são duas abordagens muito diferentes para reduzir a recombinação.
O artigo de 26,34% de Gao K. et al. pode ser visto como o estudo irmão de junção traseira do trabalho de 26,66%. Ler os dois juntos dá uma imagem mais clara do que pode ser necessário para se aproximar da eficiência de 27%.
Gao, K. et al. “Contatos passivantes de óxido de túnel bifacial para células solares de silício e tandem perovskita/silício com eficiência melhorada.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Três Números Por Trás da Célula de 26,34%
Eficiência de junção única: 26,34% em 335,5 cm², com Voc de 743,2 mV, FF de 85,0% e Jsc de 41,69 mA/cm².
Eficiência tandem: 32,73%, usando uma célula superior de perovskita de 1,68 eV. A Voc tandem atingiu 1,961 V, enquanto 80% do desempenho inicial permaneceu após 2.000 horas de rastreamento MPP.
Definição estrutural: dedos n-TOPCon localizados na frente em um layout de junção traseira, combinados com um contato traseiro p-TOPCon de dupla camada em área total. Isso é essencialmente uma inversão espelhada do TOPCon convencional, que normalmente usa um emissor de boro na frente e um contato n-TOPCon traseiro.
Contato Traseiro de Dupla Camada: O Mesmo Esqueleto, mas Três Diferentes Botões de Processo
O contato traseiro de 26,66% usa SiOx / n+ poly-Si levemente dopado / SiOx / n+ poly-Si fortemente dopado, com fósforo como dopante.
O contato traseiro de 26,34% usa SiOx / p+ poly-Si a 36 nm / SiOx / p+ poly-Si a 90 nm, com dopagem de boro.
Ambas as estruturas seguem a mesma sequência básica: SiOx inferior, poly-Si interno, SiOx intermediário e poly-Si externo. A versão p-TOPCon, no entanto, deve lidar com um problema antigo.
O p-TOPCon sempre enfrentou uma compensação entre passivação e contato. O boro pode gerar mais defeitos na interface Si/SiO₂ do que o fósforo, enquanto a metalização do p+ poly-Si é mais difícil devido às limitações de transporte de buracos e à interação mais fraca entre a pasta de prata convencional e o p+ poly-Si.
| Item de comparação | Contato traseiro de 26,66%: n-TOPCon de área total | Contato traseiro de 26,34%: p-TOPCon de área total |
|---|---|---|
| Polaridade do dopante | Fósforo, n+ | Boro, p+ |
| Espessura do poly-Si interno/externo | Aproximadamente 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; a camada externa mais espessa fornece mais margem para difusão de boro e metalização |
| SiOx intermediário | Aproximadamente 1,5 nm, oxidado termicamente a 620°C | Aproximadamente 1 nm, formado por oxidação térmica in-situ a 650°C; mais fino porque o tunelamento de buracos já é mais difícil no lado p+ |
| Recozimento | Faixa estimada de 880–920°C na análise anterior | Pré-recozimento a 1050°C por mais de 30 segundos, atingindo 98% de cristalinidade e elevando o Voc implícito para 747 mV |
| Pasta de prata | Pasta convencional, combinada com uma camada amorfa externa para limitar a penetração de Ag | Pasta modificada com óxido de metal alcalino com 4% em peso de Na₂O/K₂O e pó de prata rugoso, reduzindo a resistividade de contato para 0,55 mΩ·cm² |
| Morfologia traseira | Polimento traseiro convencional | Polimento traseiro planarizado porque o p-TOPCon é mais sensível à textura da superfície e requer menor J₀ |
| Objetivo principal | Bloquear a penetração de Ag mantendo a passivação | Bloquear a penetração de Ag, suprimir defeitos de interface relacionados ao boro e melhorar a metalização do p+ poly-Si |
Os dados de processo relatados incluem oxidação traseira in-situ a 650°C, uma camada intermediária de SiOx de aproximadamente 1 nm, dopagem de boro de 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98% de cristalinidade após pré-recozimento a 1050°C, um Voc implícito de 747 mV e uma resistividade de contato de 0,55 mΩ·cm² usando uma pasta modificada com metal alcalino e pó de prata rugoso.
Um detalhe é fácil de passar despercebido. A camada externa de p+ poly-Si tem 90 nm de espessura, 50% mais espessa que a camada externa de aproximadamente 60 nm usada no lado n-TOPCon.
Isso não é um aumento arbitrário. O boro tem menor solubilidade sólida em poly-Si do que o fósforo, então a seção fortemente dopada precisa de mais espessura para reduzir a resistividade de contato. Ao mesmo tempo, a etapa de pré-recozimento a 1050°C empurra o boro para dentro. Uma camada externa mais espessa ajuda a evitar que o boro penetre e danifique a camada inferior de SiOx.
Isso é o oposto da estratégia n-TOPCon, onde a camada externa pode permanecer mais fina e mais amorfa.
Lado Frontal: A Estratégia de 430 Ω/□ é Substituída por Localização
A questão deixada pelo estudo anterior era se a estratégia de emissor de boro de alta resistência de 430 Ω/□ ainda se aplicaria a um contato frontal n-TOPCon com dedos.
A resposta da célula de 26,34% é clara: não se aplica. O design segue para uma trilha diferente.
A célula de 26,66% usa um emissor frontal convencional difundido com boro, com resistência de folha de 430 Ω/□. Dedos metálicos finos de cerca de 10 μm compensam a condutividade lateral mais fraca.
A célula de 26,34% remove o emissor frontal convencional de boro e o substitui por dedos n-TOPCon padronizados com aproximadamente 210 μm de largura, deixando poli-Si apenas sob as regiões de contato metálico.
O mecanismo de redução de recombinação, portanto, muda de diluir a concentração de dopante através de uma alta resistência de folha para reduzir a área coberta por poli-Si.
A textura é modificada primeiro. Ozônio e HF são usados para arredondar as pontas das pirâmides. Isso reduz a má passivação e a corrosão da pasta de prata ao redor dos picos de textura afiados.
Um campo térmico gradiente, ou GTF, é introduzido no LPCVD. A largura total na metade do máximo do Raman atinge 8,4 cm⁻¹. Um valor menor indica melhor cristalinidade. O campo térmico gradiente melhora a uniformidade de temperatura lateral e vertical e aumenta a cristalinidade do n+ poli-Si.
A dopagem com fósforo atinge 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Isso é cerca de uma ordem de magnitude maior do que a concentração de fósforo usada no contato traseiro de 26,66%. Os dedos frontais n+ são projetados para condutividade em vez de passivação de área total. A maior parte do trabalho de passivação é realizada pelo contato traseiro p-TOPCon de área total.
A largura do dedo é de aproximadamente 210 μm. O poli-Si permanece sob o metal, enquanto a área texturizada sem contato é deixada descoberta. Isso reduz substancialmente a absorção parasita frontal em comparação com um contato de poli-Si de área total.
A abordagem de 430 Ω/□ pertence à era do emissor de boro. Em uma estrutura n-TOPCon com dedos, a recombinação é controlada através de cobertura localizada de poli-Si, textura de superfície arredondada e cristalinidade melhorada do GTF-LPCVD, em vez de simplesmente aumentar a resistência de folha.
Isso ajuda a explicar como a célula de 26,34% atinge um Voc de 743,2 mV, próximo aos 744,6 mV relatados para a célula de 26,66%, enquanto também alcança um Jsc mais alto. O contato frontal localizado corta a absorção parasita que permaneceria em uma estrutura frontal de poli-Si de área total.
Comparação Lado a Lado dos Dois Designs Irmãos de 26%
Contatos Traseiros de Dupla Camada SiOx/poli-Si
| Camada ou processo | 26,66% n-TOPCon traseiro | 26,34% p-TOPCon traseiro | Principal motivo da diferença |
|---|---|---|---|
| SiOx inferior | Aproximadamente 1,3–1,6 nm, formado em O₂ a 620°C | Aproximadamente 1,8 nm, formado in situ a 650°C | O lado p precisa de uma barreira mais forte contra a penetração de boro, embora o tunelamento de lacunas seja mais difícil |
| Poli-Si interno | Aproximadamente 40 nm, levemente dopado com fósforo e altamente cristalino | 36 nm, levemente dopado com boro | O boro tem menor solubilidade sólida; uma camada interna mais fina ainda pode suportar a passivação |
| SiOx intermediário | Aproximadamente 1,5 nm, formado em O₂ a 620°C | Aproximadamente 1 nm, formado in situ | O tunelamento é mais exigente no lado p, portanto a camada intermediária não pode ser muito espessa |
| Poli-Si externo | Aproximadamente 60 nm, fortemente dopado com fósforo e principalmente amorfo | 90 nm, fortemente dopado com boro | A metalização do p+ poli-Si é mais difícil, exigindo uma camada mais espessa e pasta modificada |
| Recozimento | Aproximadamente 880–920°C | Pré-recozimento a 1050°C, atingindo 98% de cristalinidade | O boro requer uma temperatura de ativação mais alta, enquanto o processo também deve controlar defeitos de interface relacionados ao boro |
| Pasta de prata | Pasta convencional combinada com uma camada externa amorfa | 4% em peso de óxido de metal alcalino mais pó de prata rugoso | A metalização do p+ poli-Si continua sendo um dos principais gargalos do processo |
Comparação do Lado Frontal
| Item | Lado frontal 26,66% | Lado frontal 26,34% |
|---|---|---|
| Estrutura | Emissor difundido com boro em área total | Dedos n-TOPCon localizados com aproximadamente 210 μm de largura |
| Estratégia de controle de recombinação | Alta resistência de folha de 430 Ω/□ para diluir a dopagem | Cobertura reduzida de poli-Si combinada com textura arredondada |
| Textura superficial | Textura convencional de pirâmide invertida | Pirâmides arredondadas tratadas com ozônio e HF |
| Deposição de Poly-Si | Não aplicável | GTF-LPCVD com FWHM Raman de 8,4 cm⁻¹ |
| Dopante | Boro | Fósforo a 3,3 × 10²⁰ cm⁻³ |
O que os Dois Artigos Dizem Sobre o Desenvolvimento do Contato Traseiro Acima de 26%
A mensagem combinada é bastante direta.
No nível de 25%, o foco era o comportamento dos pinholes da camada de óxido. No nível de 26%, o desenvolvimento avançou para estruturas de dupla camada SiOx/poly-Si e engenharia de metalização. Acima de 26,3%, as rotas começam a divergir: contatos traseiros n-TOPCon buscam sinergia elétrica bifacial, enquanto contatos traseiros p-TOPCon avançam para um layout de junção traseira com dedos frontais localizados. Este último já está próximo de uma arquitetura BC-TOPCon parcial.
A camada intermediária de SiOx usada para bloquear a penetração de prata é uma característica compartilhada de ambos os projetos de contato traseiro de dupla camada. No entanto, o lado p-TOPCon deve resolver três problemas adicionais:
Uma etapa de pré-recozimento a 1050°C é necessária para ativar o boro, aumentar a cristalinidade e suprimir problemas de interface relacionados ao boro.
Pasta de prata modificada com óxido de metal alcalino é necessária para lidar com a difícil metalização do p+ poly-Si.
O polimento e a planarização do lado traseiro tornam-se mais críticos porque o p-TOPCon é mais sensível à textura da superfície e seu efeito sobre J₀.
Esses problemas não eram centrais no projeto n-TOPCon de 26,66%. Simplificando, o contato p-TOPCon de dupla camada é mais difícil de fabricar do que sua contraparte n-TOPCon, mas pode oferecer maior potencial de Voc uma vez que o processo seja controlado.
O contato traseiro p-TOPCon de dupla camada na célula de 26,34% atingiu um Voc implícito de 747 mV, ligeiramente superior ao nível de Voc implícito geral estimado discutido para o projeto de 26,66%.
Parâmetros de Linha de Produção que Podem Ser Aplicados Diretamente
Melhorar o polimento e a planarização do lado traseiro. Uma linha de produção p-TOPCon não deve tratar o polimento traseiro como um processo que só precisa ser “bom o suficiente”. A planarização tem uma influência mais forte sobre o J₀ do contato p-TOPCon de dupla camada do que sobre o n-TOPCon.
Formar a camada intermediária de SiOx in situ com aproximadamente 1 nm. Copiar o óxido térmico de 1,5 nm usado na estrutura n-TOPCon de 26,66% pode reduzir o tunelamento e prejudicar o FF no lado p.
Introduza uma etapa de pré-recozimento a 1050°C. Sem este tratamento, a ativação do boro e a cristalinidade de 98% são difíceis de alcançar, tornando improvável um Voc implícito de 747 mV.
Use uma pasta de prata modificada com óxido de metal alcalino. A formulação relatada usa 4% em peso de Na₂O/K₂O e pó de prata rugoso. Uma resistividade de contato de 0,55 mΩ·cm² é um alvo difícil para o lado p-TOPCon. A pasta convencional pode fazer com que a resistência em série aumente acentuadamente no contato p+.
Controle a largura do dedo frontal em aproximadamente 210 μm. A precisão da padronização a laser deve acompanhar a geometria de contato mais estreita. Reduzir ainda mais a largura do dedo poderia cortar novamente a absorção parasitária, mas o dano do laser à pilha de dupla camada precisaria ser reavaliado.
A Próxima Questão para BC-TOPCon
A estrutura de 26,34%, com dedos frontais n-TOPCon e um contato traseiro p-TOPCon de dupla camada em área total, é efetivamente uma versão parcial do BC-TOPCon.
O próximo passo lógico seria localizar também o contato traseiro p-TOPCon, organizando os dedos traseiros do tipo p e do tipo n em um padrão interdigitado. Isso criaria uma verdadeira estrutura BC-TOPCon.
Isso levanta uma nova questão. A camada intermediária de SiOx no contato traseiro p-TOPCon localizado deve permanecer como SiO₂ puro, ou deve ser substituída por SiOx dopado com nitrogênio seguindo uma rota do tipo OGO para fortalecer a passivação de campo? Outra opção seria uma pilha AlOx/SiOx, usando o efeito de campo do óxido de alumínio juntamente com o contato dupla camada SiOx/poli-Si.
O estudo de 26,34% não explorou esta questão porque seu contato traseiro p-TOPCon permaneceu em área total e não dependia de passivação por efeito de campo localizado. Uma vez que o contato traseiro do tipo p se torna em dedos, no entanto, a combinação da passivação por efeito de campo AlOx e uma estrutura de dupla camada SiOx/poli-Si pode se tornar uma opção séria para o próximo passo.
Há também uma questão de processo relacionada a tandem. A célula inferior usada no tandem de 32,73% tem uma superfície frontal texturizada. Simulações na Figura 1 indicam que uma configuração de TOPCon com dedos em ambos os lados pode ter maior potencial tandem do que uma estrutura TOPCon de dupla face em área total.
Mas como a uniformidade da fotoluminescência deve ser controlada em uma superfície frontal texturizada com dedos n-TOPCon localizados? Energia excessiva do laser pode queimar ou achatar localmente as pontas das pirâmides. Isso pode consumir parte da janela de processo criada pelo tratamento de pirâmides arredondadas.
Nos três estudos — da célula Das Solar de 25,4% para as células de 26,66% e 26,34% — a lógica do contato traseiro passou por três gerações: controle de pinhole de óxido, proteção de dupla camada contra penetração de prata e, finalmente, p-TOPCon de dupla camada combinado com metalização modificada por metal alcalino.
Visão da Ooitech
A janela de processo é o verdadeiro gargalo aqui. Uma vez que o p-TOPCon passa de um contato traseiro de área total para dedos BC localizados, a resistividade de contato, dano do laser, ativação de boro e passivação por efeito de campo terão que ser otimizados como um sistema acoplado. Uma camada intermediária de SiOx mais fina pode proteger o FF, mas também deixa menos margem contra penetração de prata e dano à interface induzido por boro. O próximo resultado útil será aquele que demonstrar esta janela de integração completa em wafers de tamanho de produção, não apenas um valor de eficiência de pico.
