1.Tendencia de desarrollo de la pasivación de superficies.

La máxima prioridad de las células solares de silicio cristalino siempre ha sido la pasivación de su superficie. Las primeras células solares serigráficas, limitadas por los medios técnicos de la época, simplemente introdujeron la capa de TiO2. Sin embargo, la función de pasivación del TiO2 no desempeñó un papel ideal.

En la década de 1990, con el desarrollo de la tecnología de procesos, las películas de nitruro de silicio (SiN x) preparadas mediante tecnología de deposición química de vapor mejorada por plasma (PECVD) se convirtieron en la corriente principal y generalmente se usaban como capas antirreflectantes y capas de pasivación en el frente de células solares.

Con el uso de SiNx, la optimización de la pasivación de la parte frontal de la batería entró en la etapa de cuello de botella, por lo que la gente comenzó a girar la dirección de la investigación hacia la superficie posterior con serios problemas compuestos. La UNSW introdujo las construcciones PERC y PERL en la década de 1990.

Lo que estas dos estructuras tienen en común es que dependen de la capa de óxido de silicio para lograr la pasivación en la parte posterior de la célula solar. Al mismo tiempo, el proceso local de contacto del punto de formación del agujero abierto reduce efectivamente el área de no pasivación. La diferencia es que este último forma un campo eléctrico inverso mediante difusión de dopaje local cerca del agujero abierto. Pero también hace que el proceso sea dramáticamente más complicado.

Aunque las células solares estructuradas en PERC y Perl tienen un efecto de pasivación superficial relativamente bueno, limitan el área de contacto en la parte posterior de la célula solar al rango de agujero abierto.

Además de aumentar la complejidad del proceso de preparación, el proceso de apertura de orificios también dañará el material de silicio en el rango de contacto y aumentará el grado de compuesto entre el metal y el área de contacto del semiconductor. Además, la existencia de agujeros abiertos también hace que los portadores no puedan transmitir desde el camino más corto perpendicular a la superficie de contacto, lo que conduce al aumento de la resistencia de la cuerda y a la pérdida del factor de llenado (FF) en el proceso de transmisión.

La tecnología de contacto pasivado se aplica a las células solares para formar células solares de contacto pasivado, lo que se ha convertido en el foco de la investigación actual.

2. Cómo funcionan las células solares TOPCon

① Proceso de separación de portadores en células solares TOPCon

Generalmente se cree que la energía interna generada por la corriente en las células solares se forma mediante la separación de portadores fotogenerados por el campo eléctrico incorporado de la unión PN, porque cuando la luz con una energía mayor que el ancho de banda prohibida de los materiales semiconductores se irradia en la superficie de la unión PN, el equilibrio dinámico original generado por el movimiento de difusión y deriva se destruirá, generando así nuevos pares de huecos de electrones y separándose bajo la acción del campo eléctrico incorporado. Entonces crea una corriente fotoeléctrica,

Sin embargo, algunos investigadores ahora creen que al alterar el equilibrio del nivel de Fermi, creando un gradiente de nivel cuasi-Fermi, se puede generar una corriente eléctrica. La conductividad de diferentes tipos de portadores en la región de contacto en ambos lados de la capa de absorción es diferente, lo que hace que los electrones y huecos fotogenerados salientes se transporten en diferentes direcciones, respectivamente.

Los electrones fotoexcitados y los huecos en la capa de absorción se transportan a lo largo de las bandas de conducción y valencia respectivamente. Idealmente, los electrones y los huecos del diagrama llegan al circuito exterior a través del contacto del electrón izquierdo y del contacto del hueco derecho, respectivamente. La densidad de corriente compuesta (J0c) y la resistividad del contacto (ρc) se utilizan generalmente para medir el rendimiento del contacto de pasivación selectiva del portador.

ρc representa la capacidad de salida del contacto pasivado al multiión, es decir, la pérdida de resistencia de la región de contacto del electrón a la corriente del electrón (multiión). El J0c se utiliza para mostrar que la capacidad de bloqueo del contacto de pasivación con electrones minoritarios se genera mediante la recombinación de algunos huecos minoritarios en la región de contacto de electrones y muchos electrones minoritarios.

② Proceso de transporte de portadores en células solares TOPCon

Las células solares TOPCon se basan en la recogida selectiva de estructuras de contacto pasivadas mediante soportes, que se forman mediante la preparación de una capa formada por una capa de óxido de silicio tunelizada y una capa fina de silicio fuertemente dopada en la parte posterior de la célula solar.

Debido al buen efecto de pasivación del óxido de silicio ultrafino y las películas de silicio fuertemente dopadas, la banda de energía en la superficie de la oblea de silicio se curva (formando así un efecto de pasivación de campo), la probabilidad de tunelización de electrones aumenta considerablemente y ρc también se reduce considerablemente. Debido a las excelentes propiedades de contacto de pasivación selectiva del portador (J0c< 10fA/cm2, ρc< 30 mΩ·cm 2), por lo que la eficiencia de las células solares de silicio cristalino preparadas con la tecnología TOPCon ha alcanzado más del 26%.

③ Para las capas de óxido de túneles ultrafinas, actualmente existen dos teorías de transporte de portadores en el mundo académico:

El primero es el túnel cuántico.

Es decir, partículas microscópicas comoLos electrones aún pueden atravesar la barrera de manera probabilística hacia el otro lado cuando la altura de la barrera es mayor que la energía de la partícula. Según el "principio de incertidumbre", el tiempo y la energía no pueden tener valores definidos al mismo tiempo, y cuanto más cierta es una cantidad, más incierta es la otra cantidad.

Es decir, la energía de una partícula en un período de tiempo muy corto será extremadamente incierta y el rango de valores de energía será mayor. Por lo tanto, aunque la energía de la partícula (que debería ser el promedio de la partícula en su rango de energía) es menor que la altura de la barrera, existe una cierta probabilidad de que el estado de alta energía en este rango exceda la altura de la barrera durante un período muy corto. tiempo.

Si el espacio de la barrera es pequeño, la partícula con el estado de alta energía puede atravesar la barrera en muy poco tiempo.

La segunda es la teoría del agujero estenopeico.

Cuando la capa de óxido supera los 2 nm, la probabilidad de formación de túneles en el portador se reducirá considerablemente. En este momento, los portadores se transmiten principalmente a través de poros, y cuando el número de poros en la capa de óxido es demasiado pequeño, la transmisión del portador será limitada.

El número excesivo de poros indica que hay demasiados defectos en la capa de óxido, lo que conduce a la reducción del efecto de pasivación química de la capa de óxido. Bajo este mecanismo de transporte, la calidad del óxido de silicio es muy alta.