Пальчиковые контакты из поликремния с лазерной обработкой уменьшают паразитное поглощение и повышают эффективность солнечных элементов TOPCon

На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM 12FGH65

Исследователи из Китая разработали метод изготовления пальчиковых контактов из поликремния с помощью лазера, сочетающий в себе модификацию пикосекундным лазером и жидкостное травление гидроксидом калия, чтобы уменьшить паразитное поглощение в промышленных солнечных элементах TOPCon. Оптимизированный процесс позволил достичь сертифицированной эффективности 26,08 % за счет улучшения оптических характеристик при сохранении эффективной пассивации и переноса носителей заряда.

Схема солнечного элемента, использованного в экспериментах

Исследователи из китайского Университета Янчжоу разработали процесс жидкостного травления с лазерной модификацией для изготовления тыльных полипальцевых контактов для промышленных солнечных элементов TOPCon.

«В нашей работе предлагается технологичная стратегия формирования тыльных полипальцевых контактов, сочетающая пикосекундную лазерную модификацию и прецизионное жидкостное травление гидроксидом калия (KOH) для повышения эффективности промышленных солнечных элементов TOPCon n-типа», — рассказал автор исследования Циньцинь Ван.

Ученые объяснили, что двусторонние пассивирующие контактные солнечные элементы страдают от паразитного поглощения в передних слоях поликремния и потерь из-за затенения линий сетки, что ограничивает возможности повышения эффективности. Солнечные элементы с обратным контактом (back-contact, BC) решают эти проблемы за счет размещения пассивирующих контактов на обратной стороне, что устраняет затенение передней стороны и приближает эффективность к теоретическому пределу для кремниевых элементов. Однако изготовление элементов BC остается сложной задачей из-за сложного рисунка на обратной стороне и точного совмещения металлизации, подчеркнули ученые.

Они также отметили, что лазерная обработка — перспективный метод повышения эффективности солнечных элементов TOPCon, поскольку позволяет точно и локально модифицировать слой поликремния. Частичное удаление поликремния может эффективно снизить потери на паразитное поглощение, но чрезмерное удаление может нарушить пассивацию поверхности и затруднить перенос носителей заряда. Напротив, сохранение сплошного слоя поликремния позволяет сохранить отличные электрические свойства, но приводит к более высоким оптическим потерям из-за нежелательного поглощения.

Учитывая это, ученые предложили структуру с поликремниевыми «пальцами», которая обеспечивает практический баланс между этими конкурирующими эффектами за счет избирательного сохранения поликремния под металлическими контактами, где он способствует эффективному захвату носителей заряда, и удаления поликремния из неконтактных областей для минимизации паразитного поглощения.

Новая структура с поликремниевыми «пальцами» была протестирована на кремниевых пластинах n-типа, которые сначала текстурировали с помощью щелочного травления на основе гидроксида калия для формирования пирамидальных поверхностей, улавливающих свет, а затем легировали бором и сформировали селективный эмиттер с помощью лазера. Затем задняя поверхность была отполирована, а пассивирующий контактный слой из оксида кремния (SiOx) и поликремния был нанесен методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении (LPCVD) и отожжен для формирования легированного поликремния.

Затем с помощью пикосекундного зеленого лазера были выборочно удалены участки SiOx/поликремния на задней поверхности, после чего проводилось жидкостное травление гидроксидом калия для создания зазоров из поликремния на неметаллизированных участках. Перед трафаретной печатью серебряных электродов и обжигом для завершения изготовления солнечных элементов были нанесены слои пассивации на переднюю и заднюю поверхности.

Изготовленные устройства были охарактеризованы с помощью электрических, оптических и структурных измерений, включая тестирование с помощью В/В, подразумеваемое напряжение холостого хода, плотность тока насыщения, контактное сопротивление, микроскопический анализ и измерения коэффициента отражения. Эти характеристики были использованы для оценки влияния лазерной модификации и мокрого травления на морфологию, качество пассивации, перенос носителей и оптические потери.

Анализ показал, что увеличение времени очистки KOH увеличивает высоту зазора при одновременном улучшении однородности при оптимальном состоянии в 480 с, что обеспечивает наилучшее напряжение холостого хода, коэффициент заполнения и срок службы носителя. При непродолжительном травлении поликремний удалялся не полностью и неравномерно, а при чрезмерном травлении возникали шероховатости на краях и рекомбинационные потери.

По данным исследовательской группы, плотность энергии лазера контролировала глубину модификации, обеспечивая оптимальный баланс между эффективным удалением и минимальным повреждением. Более высокая энергия лазера увеличивала глубину воздействия, но ухудшала пассивацию из-за остаточных повреждений и снижения переноса носителей заряда. По имеющимся данным, оптимизированный процесс улучшил пассивацию прекурсора и снизил рекомбинационные потери, а оптимизированное удаление поликремния увеличило ток короткого замыкания за счет устранения бесконтактного поглощения поликремния.

При тестировании в стандартных условиях освещения ячейка Champion, собранная по этой конфигурации, показала эффективность преобразования энергии 26,08 %, напряжение холостого хода 746,1 мВ, плотность тока короткого замыкания 14 014 мА и коэффициент заполнения 83,6 %. Результаты были подтверждены Институтом исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH) в Германии.

«Оптимизированный коэффициент перекрытия лазерных лучей, плотность энергии и время щелочного травления обеспечивают однородность структуры зазора, повышая предполагаемое напряжение холостого хода и плотность тока короткого замыкания, но при этом незначительно снижая коэффициент заполнения из-за увеличения сопротивления бокового переноса носителей заряда», — пояснил Ван. «Наш масштабируемый метод формирования рисунка с помощью лазера — это практичное решение для высокоэффективных промышленных кремниевых солнечных элементов с пассивированным контактом».

По словам исследователей, анализ был подкреплен моделированием в TCAD и Quokka 3, которое позволило выявить компромисс между оптическим усилением и потерями при электрическом транспорте, определяемыми шириной зазора.