Złącze PN to „serce” ogniw fotowoltaicznych. Ze względu na rodzaj złącza PN ogniwa fotowoltaiczne można podzielić na ogniwa homozłączowe i ogniwa heterozłączowe. Wśród nich ogniwo homozłączowe osiąga głównie domieszkowanie na tym samym typie płytki krzemowej (typu P lub typu N) za pomocą dyfuzji, uzyskując w ten sposób złącze PN. Region typu P i region typu N komórki heterozłącza składają się z różnych typów materiałów półprzewodnikowych, które można podzielić na domieszkowane i niedomieszkowane.

Kiedy półprzewodnik typu P i półprzewodnik typu N zostaną połączone, ze względu na dużą koncentrację dziur w półprzewodniku typu P i dużą koncentrację elektronów w półprzewodniku typu N, powstanie dyfuzja termiczna. Oznacza to, że dziury w półprzewodniku typu P dyfundują do regionu typu N, a elektrony w półprzewodniku typu N dyfundują do regionu typu P. Następnie w obszarze typu P powstają ładunki ujemne, podczas gdy w obszarze typu N powstają ładunki dodatnie, tworząc między nimi wbudowane pole elektryczne. W warunkach świetlnych fotony o energii większej niż zabroniona szerokość pasma są absorbowane, a pary elektron-dziura powstają po obu stronach złącza PN i są oddzielane od siebie pod wpływem wbudowanego pola elektrycznego, tym samym generując prąd fotoindukowany.

„Prawdopodobieństwo zebrania” opisuje prawdopodobieństwo, że nośniki generowane przez napromieniowanie światłem na określonym obszarze akumulatora zostaną zebrane przez złącze PN i uczestniczą w przepływie prądu. Jego rozmiar jest związany z odległością, jaką muszą pokonać fotogenerowane nośniki, oraz charakterystyką powierzchni baterii. Im dalej od obszaru dyssypacyjnego, tym mniejsze prawdopodobieństwo zebrania, a pasywacja powierzchni może zwiększyć prawdopodobieństwo zebrania nośników w tym samym miejscu.

Co to jest dyfuzja? Dyfuzja opisuje ruch jednej substancji w innej. Istota tkwi w ruchach Browna atomów, cząsteczek i jonów, powodujących dyfuzję z miejsc o wysokim stężeniu do miejsc o niskim stężeniu. Produkcja krystalicznych krzemowych ogniw słonecznych przyjmuje metodę chemicznej dyfuzji termicznej w wysokiej temperaturze w celu uzyskania złącza domieszkującego. Dyfuzja termiczna wykorzystuje wysoką temperaturę do przepuszczania zanieczyszczeń przez strukturę sieci krzemowej. Na tę metodę ma wpływ czas i temperatura i wymaga 3 etapów: wstępnego osadzania, wciskania i aktywacji.

Trzy wskaźniki dyfuzji: opór kwadratowy, głębokość złącza i koncentracja powierzchniowa

Kwadratowa wartość rezystancji jest głównie kompleksową charakterystyką koncentracji powierzchniowej i głębokości złącza, a jej wpływ na parametry ogniwa obejmuje głównie następujące trzy punkty: 1) Głębokość złącza dyfuzyjnego PN bezpośrednio wpływa na jego absorpcję światła krótkofalowego, więc dyfuzja w pewnym zakresie Im płytsze złącze PN (im wyższa kwadratowa wartość rezystancji), tym wyższa wartość prądu; 2) Stężenie domieszkowania rozproszonego pierwiastka fosforu w pewnym stopniu wpływa na przewodnictwo jego części krzemowej typu N, więc im wyższe stężenie domieszki (wartość kwadratu rezystancji Im mniejsza wartość, tym wyższy współczynnik wypełnienia; 3 ) Ogólnie rzecz biorąc, w pewnym zakresie napięcie obwodu otwartego wzrasta wraz ze wzrostem koncentracji dyfuzji.

2.1. Homozłącze: ekspansja fosforu i ekspansja boru

W akumulatorze homozłącza regiony typu P i regiony typu N są tego samego typu materiałem półprzewodnikowym, a złącze PN jest zwykle tworzone przez domieszkowanie. Typowe metody domieszkowania obejmują: 1) dyfuzję rurową (niskie ciśnienie, normalne ciśnienie); 2) implantacja jonów + wyżarzanie; 3) dyfuzja źródła powlekania (sitodruk, powlekanie wirowe, powlekanie natryskowe, druk wałkiem). Obecnie większość z nich wykorzystuje niskociśnieniową dyfuzję rurową.

Dyfuzja fosforu: P2O5 powstały w wyniku rozkładu POCl3 osadza się na powierzchni płytki krzemowej, P2O5 reaguje z krzemem, tworząc atomy SiO2 i fosforu oraz tworzy warstwę szkła fosfokrzemianowego na powierzchni płytki krzemowej, a następnie fosfor atomy dyfundują do krzemu. Dyfuzja boru: B2O3 powstały w wyniku rozkładu BBr3/BCl3 osadza się na powierzchni płytki krzemowej, B2O3 reaguje z krzemem, tworząc atomy SiO2 i boru i tworzy warstwę szkła borokrzemianowego na powierzchni płytki krzemowej, a następnie atomy boru dyfundują do krzemu. Z powyższego widać, że niezależnie od tego, czy jest to dyfuzja boru, czy dyfuzja fosforu, konieczne jest utworzenie atomów boru lub atomów fosforu w celu dyfuzji do podłoża krzemowego. Dyfuzja boru jest trudniejsza niż dyfuzja fosforu. Powodem jest niska rozpuszczalność atomów boru w osnowie krzemowej w stanie stałym, więc temperatura ekspansji boru musi przekraczać 1000°C. A gdy ilość domieszki powierzchniowej jest wysoka, łatwo jest tworzyć na powierzchni akumulację boru, czyli warstwę bogatą w bor (BRL), co stanowi wyzwanie dla późniejszego czyszczenia.

Istnieją obecnie dwie drogi ekspansji boru BBr3/BCl3. BBr3 jest cieczą w temperaturze pokojowej, a jego bezpieczeństwo jest stosunkowo dobre, ale wytwarzany B2O3 jest lepki i wymaga czyszczenia DCE, co skutkuje wysokimi kosztami konserwacji. BCl3 jest gazem w temperaturze pokojowej, a jego bezpieczeństwo jest stosunkowo niskie, ale wytwarzany B2O3 jest ziarnisty i łatwy do czyszczenia. Wadą jest to, że energia wiązania B-Cl jest większa i nie jest łatwy do rozkładu, co skutkuje niskim wykorzystaniem w temperaturze dyfuzji.

Według prognoz ITRPV, w przyszłości trasa BBr3 nadal będzie zajmować większość rynku, ale udział trasy BCl3 będzie stopniowo wzrastał, osiągając do 2032 r. około 40% udziału w rynku. 2.2

. Homozłącze: SE

Dlaczego potrzebny jest SE (selektywny emiter)? Powodem jest to, że konwencjonalne ogniwa słoneczne z krzemu krystalicznego wykorzystują emitery domieszkowane o jednakowo wysokim stężeniu. Wyższe stężenie domieszkowania może poprawić kontakt omowy między płytką krzemową a elektrodą i zmniejszyć rezystancję szeregową, ale łatwo jest również spowodować większą rekombinację powierzchni. W tym celu konieczne jest zastosowanie technologii selektywnego emitera (SE) do domieszkowania o wysokim stężeniu głębokiej dyfuzji na i w pobliżu styku metalowej bramki (elektrody) z płytką krzemową oraz domieszkowania o niskim stężeniu do płytkiej dyfuzji w obszarze innym niż elektroda. .

Zalety struktury SE: 1) Silne domieszkowanie pod elektrodami powoduje, że rezystancja styku jest niższa niż w przypadku konwencjonalnych akumulatorów, poprawiając w ten sposób współczynnik wypełnienia; 2) Domieszkowanie światłem między elektrodami może skutecznie zmniejszyć rekombinację nośników, gdy przepływają one poprzecznie w warstwie dyfuzyjnej 3) Krótkofalowe pasmo światła słonecznego jest zasadniczo pochłaniane na przedniej powierzchni płytki krzemowej, a płytka dyfuzja może poprawić efektywność wzbudzenia światła słonecznego w paśmie krótkofalowym, zwiększając w ten sposób prąd zwarciowy; 4) Utwórz n++-n+/ p++ Złącze wysoki-niski -p+ może zmniejszyć rekombinację nośników mniejszościowych pod elektrodami i zwiększyć napięcie obwodu otwartego. W podsumowaniu, SE lepiej równoważy sprzeczność między rezystancją styku między metalem a półprzewodnikiem a gromadzeniem fotonów niż konwencjonalne baterie. W oparciu o techniczną trudność ekspansji boru trudniej jest wykonać SE w oparciu o ekspansję boru niż ekspansję fosforu SE. Obecnie rozwijane są głównie dwie techniczne drogi ekspansji boru pierwotnego i wtórnej ekspansji boru.

Zgodnie z dokumentem Tongwei „Preparation of Ultra-thin Tunneling Oxide Layer Based on PECVD Technology and Application of Poly-Si in TOPCon Batterys”, obecnie w branży istnieje pięć powszechnych rozwiązań SE z ekspandowanym borem, wśród których znajduje się obecnie ścieżka otwierania folii laserowej najbardziej dojrzały. plan. Z punktu widzenia perspektyw produkcji masowej droga Etch-back i droga bezpośredniego domieszkowania laserowego są najbardziej prawdopodobnymi drogami do masowej produkcji. Spośród pięciu schematów, trasa z zawiesiną trawiącą, trasa z zawiesiną borową i trasa Etch-back wymagają zewnętrznego opracowania różnych zawiesin.

2.3. Heterozłącze: domieszkowane i niedomieszkowane

Zasadniczo dyfuzja termiczna jest metodą uzyskiwania domieszkowania w celu utworzenia złącza PN na tym samym półprzewodniku. Inne metody obejmują implantację jonów, osadzanie z fazy gazowej itp. Na przykład przez osadzanie samoistnego krzemu amorficznego i domieszkowanego krzemu amorficznego na powierzchni krzemu krystalicznego przez osadzanie z fazy gazowej, ponieważ krzem krystaliczny i krzem amorficzny nie należą do tego samego materiału półprzewodnikowego, uformowany Złącze PN nazywane jest heterozłączem.

Komórki heterozłączowe są domieszkowane za pomocą osadzania z fazy gazowej, a nie dyfuzji. Jednym z wynikających z tego problemów jest to, że pasmo wzbronione amorficznego krzemu na przedniej powierzchni jest małe, co skutkuje poważną optyczną absorpcją pasożytniczą, która ogranicza wzrost prądu nasycenia; a niska skuteczność domieszkowania amorficznej warstwy krzemu prowadzi do niskiej wydajności komórek. Doprowadziło to do zastosowania i eksploracji wolnych od dopingu komórek heterozłączowych. Próbowano stosować materiały z tlenku metalu przejściowego typu N (TMO) jako warstwy transportujące dziury. Według odpowiednich danych z Sun Yat-Sen University, MoOx jest używany zamiast domieszkowanego krzemu amorficznego typu p w ogniwach HJT, a najwyższa wydajność konwersji osiągnęła 23,5%.

2.4. Doping bez połączeń

Oprócz tworzenia połączeń PN, proces domieszkowania jest również wykorzystywany do tworzenia połączeń o wysokim i niskim poziomie. Tak zwane złącze wysoko-niskie odnosi się do ustanowienia gradientu stężeń tego samego zanieczyszczenia między podłożem baterii a dolną elektrodą w celu przygotowania złącza wysoko-niskiego P-P+ lub N-N+ w celu utworzenia tylnego pola elektrycznego, które może poprawić efektywne zbieranie nośników i poprawić efektywność wykorzystania energii słonecznej. Odpowiedź długofalowa akumulatora zwiększa prąd zwarciowy i napięcie w obwodzie otwartym, a akumulator ten nazywany jest „baterią tylnego pola”. Typowym przypadkiem jest to, że w ogniwach TOPCon z przodu stosuje się domieszkowanie borem do utworzenia złącza PN na płytce krzemowej typu N, a polikrzem typu N wykonany z domieszką fosforu z tyłu pełni rolę wysoko i niskie węzły. W akumulatorze HJT

W szerokim znaczeniu, o ile pole elektryczne jest ustalane przez gradient stężenia tego samego zanieczyszczenia, wpływając w ten sposób na strukturę zbioru nośników, można to nazwać złączem high-low. Takich jak selektywny emiter w ekspansji boru / ekspansji fosforu, aluminiowe tylne pole w ogniwach BSF, lokalne tylne pole aluminiowe w ogniwach PERC oraz drobna siatka z pasty srebrowo-aluminiowej na przedniej powierzchni ogniw TOPCon.

2.5. Piec dyfuzyjny

Domowy sprzęt do dyfuzji fosforu dla pola elektrycznego PERC został w pełni zlokalizowany, a także opracowano sprzęt odpowiedni do dużych płytek krzemowych i dużych zdolności produkcyjnych. Biorąc pod uwagę jednorodność pola termicznego i pola gazowego, tryby umieszczania płytek krzemowych obejmują poziome, pionowe i podobne. Typ PE pionowy i wiele innych trybów. Sprzęt do dyfuzji boru ma wyższe wymagania niż dyfuzja fosforu, co znajduje odzwierciedlenie głównie w: jednorodności, długim czasie dyfuzji, wysokiej temperaturze dyfuzji i pasożytniczym dyslokacji OSF płytki krzemowej.

Problem jednorodności: rdzeniem jest jednorodność pola gazowego i pola termicznego. Umieszczenie pionowe i poziome mają swoje zalety i wady. Umieszczenie pionowe sprzyja przenoszeniu promieniowania cieplnego, ale nie sprzyja przenoszeniu przepływu powietrza; poziome ustawienie sprzyja przepuszczaniu powietrza, ale zasłania promieniowanie cieplne. Ponieważ rozmiar płytek krzemowych staje się większy i cieńszy, kwestionowana jest jednolitość pionowego rozmieszczenia. Z jednej strony duże płytki krzemowe prowadzą do większej odległości ruchu gazu między dwiema płytkami krzemowymi, a rezystancja wzrasta; z drugiej strony krzywizna cienkich płytek krzemowych, gdy są umieszczone pionowo, zwiększa się. Laplace jest umieszczony poziomo tyłem do siebie, a strumień powietrza wchodzi z portu i boku, co nie tylko zwiększa równomierność przepływu powietrza,

Z drugiej strony, wraz ze wzrostem zdolności produkcyjnej pojedynczego pieca zwiększa się długość rury pieca, co powoduje równomierność przepływu powietrza i pola cieplnego w ultradługiej strefie temperaturowej. Obecnie wielostopniowy dolot powietrza jest najczęściej stosowany w celu zwiększenia równomierności przepływu powietrza w rurze pieca.