Acima de 26,3% de Eficiência: O Que Resta na Parte Traseira?
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Resposta rápida: Acima de 26,3% de eficiência da célula, a frente de uma célula TOPCon está próxima do ideal e a margem restante está na parte traseira. É isso que impulsiona a mudança para contatos traseiros tipo p de área total e dedos de poli-silício locais, que alteram como a parte traseira coleta corrente e quanta área é destinada à passivação versus contato. As estruturas medidas envolvem uma pilha traseira com camadas em torno de 1 nm, 1,5 nm, 36 nm e 90 nm, um contato de área total e uma etapa de processo traseira próxima de 650 °C, com tensões de circuito aberto reportadas em 1,961 V para os dispositivos discutidos. Cada uma dessas dimensões troca resistência de contato por recombinação, e o ótimo se desloca à medida que a frente melhora. Em uma linha, isso significa que a receita traseira se torna uma variável ativa em vez de uma parte fixa do processo.
Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech
Acima de 26,3% de eficiência, o que resta para otimizar na parte traseira?
“Lao Zhang, a célula de 26,66% usou uma estrutura traseira totalmente do tipo p. No artigo de 26,34%, a frente foi alterada para dedos n-TOPCon localizados, enquanto a traseira tornou-se um contato p-TOPCon de área total. A pilha de dupla camada SiOx/poli-Si ainda é a mesma?” TOPCon estrutura traseira. No artigo de 26,34%, a frente foi alterada para dedos n-TOPCon localizados, enquanto a traseira tornou-se um contato p-TOPCon de área total. A pilha de dupla camada SiOx/poli-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 traseira de dupla camada é quase copiada do design de 26,66%, mas o lado p-TOPCon introduz três ajustes que a célula de 26,66% não abordou. A estratégia frontal também é completamente diferente. Ela abandona o emissor de boro de alta resistência de 430 Ω/□ e avança em direção a 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 em conjunto oferece um panorama mais claro do que pode ser necessário para se aproximar de 27% de eficiência.
Gao, K. et al. “Bifacial tunnel oxide passivating contacts for silicon and perovskite/silicon tandem solar cells with improved efficiency.” 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. O Voc do 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 de área total. Isso é essencialmente uma inversão espelhada do TOPCon convencional, que normalmente usa um emissor de boro frontal e um contato n-TOPCon traseiro.
Contato Traseiro de Dupla Camada: O Mesmo Esqueleto, mas Três Ajustes de Processo Diferentes
O contato traseiro de 26,66% usa SiOx / poli-Si n+ levemente dopado / SiOx / poli-Si n+ fortemente dopado, com fósforo como dopante.
O contato traseiro de 26,34% usa SiOx / poli-Si p+ com 36 nm / SiOx / poli-Si p+ com 90 nm, com dopagem de boro.
Ambas as estruturas seguem a mesma sequência básica: SiOx inferior, poli-Si interno, SiOx intermediário e poli-Si externo. A versão p-TOPCon, no entanto, precisa lidar com um problema de longa data.
O p-TOPCon sempre enfrentou um compromisso entre passivação e contato. O boro pode gerar mais defeitos na interface Si/SiO₂ do que o fósforo, enquanto a metalização do poli-Si p+ é mais difícil devido às limitações de transporte de lacunas e à interação mais fraca entre a pasta de prata convencional e o poli-Si p+.
| 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 poli-Si interno / externo | Aproximadamente 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; a camada externa mais espessa oferece 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 lacunas 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, alcançando 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 superficial e requer menor J₀ |
| Alvo 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 poli-Si p+ |
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 poli-Si p+ 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 no poli-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 impulsiona 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 pela 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 por um caminho diferente.
A célula de 26,66% usa um emissor frontal convencional difundido com boro com uma 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 de boro convencional e o substitui por dedos n-TOPCon padronizados com aproximadamente 210 μm de largura, deixando poly-Si apenas sob as regiões de contato metálico.
O mecanismo de redução da recombinação, portanto, muda de diluir a concentração de dopante através de uma alta resistência de folha para reduzir a área coberta por poly-Si.
A textura é modificada primeiro. Ozônio e HF são usados para arredondar as pontas das pirâmides. Isso reduz a passivação deficiente e a corrosão da pasta de prata em torno dos picos agudos da textura.
Um campo térmico gradiente, ou GTF, é introduzido no LPCVD. A largura total a meia altura do Raman atinge 8,4 cm⁻¹. Um valor mais baixo indica melhor cristalinidade. O campo térmico gradiente melhora tanto a uniformidade de temperatura lateral quanto vertical e aumenta a cristalinidade do n+ poly-Si.
A dopagem com fósforo atinge 3,3 × 10²⁰ cm⁻³. Isso é cerca de uma ordem de magnitude maior que a concentração de fósforo usada no contato traseiro de 26,66%. Os dedos n+ frontais são projetados para condutividade em vez de passivação de área total. A maior parte do trabalho de passivação é realizada pelo contato p-TOPCon traseiro de área total.
A largura do dedo é de aproximadamente 210 μm. O poly-Si permanece sob o metal, enquanto a área texturizada sem contato fica descoberta. Isso reduz substancialmente a absorção parasita frontal em comparação com um contato poly-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 poly-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 reduz a absorção parasita que permaneceria em uma estrutura poly-Si frontal de área total.
Comparação Lado a Lado dos Dois Designs Irmãos de 26%
Contatos Traseiros de Dupla Camada SiOx/poly-Si
| Camada ou processo | Traseira n-TOPCon de 26,66% | Traseira p-TOPCon de 26,34% | Principal razão para a 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 tipo p precisa de uma barreira mais forte contra a penetração de boro, embora o tunelamento de buracos seja mais difícil |
| poly-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 tipo p, então a camada intermediária não pode ser muito espessa |
| poly-Si externo | Aproximadamente 60 nm, fortemente dopado com fósforo e principalmente amorfo | 90 nm, fortemente dopado com boro | A metalização do p+ poly-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 grosso | A metalização do p+ poly-Si continua sendo um dos principais gargalos do processo |
Comparação do Lado Frontal
| Item | Lado frontal de 26,66% | Lado frontal de 26,34% |
|---|---|---|
| Estrutura | Emissor difundido com boro de 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 poly-Si combinada com textura arredondada |
| Textura de superfície | 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 de pinhole 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 se dividir: 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 parcial BC-TOPCon.
A camada intermediária de SiOx usada para bloquear a penetração de prata é uma característica compartilhada por ambos os designs de contato traseiro de dupla camada. O lado p-TOPCon, no entanto, 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 ao seu efeito no J₀.
Estas questões não eram centrais no design n-TOPCon de 26,66%. Em termos simples, o contacto p-TOPCon de dupla camada é mais difícil de fabricar do que o seu homólogo n-TOPCon, mas pode oferecer um potencial de Voc mais elevado uma vez controlado o processo.
O contacto p-TOPCon traseiro de dupla camada na célula de 26,34% atingiu um Voc implícito de 747 mV, ligeiramente superior ao nível global de Voc implícito estimado discutido para o design 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 de p-TOPCon não deve tratar o polimento traseiro como um processo que apenas precisa de ser “suficientemente bom”. A planarização tem uma influência mais forte no J₀ do contacto p-TOPCon de dupla camada do que no n-TOPCon.
Formar a camada intermédia de SiOx in situ a 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 do tipo p.
Introduzir 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.
Usar uma pasta de prata modificada com óxido de metal alcalino. A formulação reportada usa 4% em peso de Na₂O/K₂O e pó de prata grosso. Uma resistividade de contacto de 0,55 mΩ·cm² é um alvo difícil para o lado p-TOPCon. A pasta convencional pode causar um aumento acentuado da resistência em série no contacto p+.
Controlar a largura do dedo frontal em aproximadamente 210 μm. A precisão da padronização a laser deve acompanhar a geometria de contacto mais estreita. Reduzir ainda mais a largura do dedo poderia cortar novamente a absorção parasita, mas os danos do laser na pilha de dupla camada teriam de ser reavaliados.
A Próxima Questão para o BC-TOPCon
A estrutura de 26,34%, com dedos n-TOPCon frontais e um contacto traseiro p-TOPCon de dupla camada de área total, é efetivamente uma versão parcial do BC-TOPCon.
O próximo passo lógico seria localizar também o contacto p-TOPCon traseiro, dispondo dedos de tipo p e dedos de tipo n traseiros num padrão interdigitado. Isso criaria uma verdadeira estrutura BC-TOPCon.
Isto levanta uma nova questão. A camada intermédia de SiOx no contacto p-TOPCon traseiro localizado deve permanecer SiO₂ puro, ou deve ser substituída por SiOx dopado com azoto seguindo uma rota do tipo OGO para reforçar a passivação de campo? Outra opção seria uma pilha AlOx/SiOx, usando o efeito de campo do óxido de alumínio juntamente com o contacto de dupla camada SiOx/poli-Si.
O estudo de 26,34% não explorou esta questão porque o seu contacto p-TOPCon traseiro permaneceu de área total e não dependia de passivação de campo localizada. No entanto, uma vez que o contacto traseiro de tipo p se torne em dedos, a combinação de passivação de campo com AlOx e uma estrutura de dupla camada SiOx/poli-Si pode tornar-se uma opção séria para o próximo passo.
Há também uma questão de processo relacionada com tandem. A célula inferior usada no tandem de 32,73% tem uma superfície frontal texturizada. Simulações na Figura 1 indicam que uma configuração de dedos-TOPCon de dupla face pode ter maior potencial de tandem do que uma estrutura TOPCon de dupla face de área total.
Mas como deve ser controlada a uniformidade da fotoluminescência numa superfície frontal texturizada com dedos n-TOPCon localizados? Energia laser excessiva 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 — desde a célula Das Solar de 25,4% até às células de 26,66% e 26,34% — a lógica do contacto traseiro passou por três gerações: controlo de pinholes de óxido, proteção de dupla camada contra a penetração de prata e, finalmente, p-TOPCon de dupla camada combinado com metalização modificada com metal alcalino.
Visão da Ooitech
A janela de processo é o verdadeiro gargalo aqui. Uma vez que o p-TOPCon passa de um contacto traseiro de área total para dedos BC localizados, a resistividade de contacto, os danos do laser, a ativação do boro e a passivação de campo terão de ser otimizados como um sistema acoplado. Uma camada intermédia de SiOx mais fina pode proteger o FF, mas também deixa menos margem contra a penetração de prata e danos na interface induzidos pelo boro. O próximo resultado útil será aquele que demonstre esta janela de integração completa em wafers de tamanho de produção, não apenas um valor de eficiência de pico.
Leitura adicional e dados de contexto
Material de referência público sobre este tema, publicado pelas organizações que mantêm o roteiro tecnológico e os dados de mercado do setor:
