Por Encima del 26.3% de Eficiencia, ¿Qué Queda por Optimizar en la Parte Trasera? Los Contactos Traseros de Tipo n Buscan Sinergia Bifacial, Mientras que los Contactos Traseros de Tipo p se Mueven Hacia Bac
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Por encima del 26.3% de eficiencia, ¿qué queda por optimizar en la parte trasera?
“Lao Zhang, la célula del 26.66% usó una estructura trasera completa de TOPCon tipo p. En el artículo del 26.34%, la parte frontal se cambió a dedos n-TOPCon localizados, mientras que la parte trasera se convirtió en un contacto p-TOPCon de área completa. ¿La pila de doble capa SiOx/poli-Si sigue siendo la misma?”
Esa fue la pregunta de seguimiento de nuestro equipo de proceso después de que terminamos de discutir la célula del 26.66% ayer.
La arquitectura básica de doble capa trasera está casi copiada del diseño del 26.66%, pero el lado p-TOPCon introduce tres perillas de ajuste que la célula del 26.66% no tocó. La estrategia frontal también es completamente diferente. Se aleja del emisor de boro de alta resistencia de 430 Ω/□ y se dirige hacia dedos n-TOPCon localizados. Son dos enfoques muy diferentes para reducir la recombinación.
El artículo del 26.34% de Gao K. et al. puede verse como el estudio hermano de unión trasera del trabajo del 26.66%. Leer ambos juntos da una imagen más clara de lo que puede ser necesario para acercarse al 27% de eficiencia.
Gao, K. et al. “Contactos pasivantes de túnel de óxido bifacial para células solares de silicio y tándem de perovskita/silicio con eficiencia mejorada.” Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8
Tres números detrás de la célula del 26.34%
Eficiencia de unión simple: 26.34% en 335.5 cm², con una Voc de 743.2 mV, FF del 85.0% y Jsc de 41.69 mA/cm².
Eficiencia en tándem: 32.73%, usando una célula superior de perovskita de 1.68 eV. La Voc del tándem alcanzó 1.961 V, mientras que el 80% del rendimiento inicial se mantuvo después de 2,000 horas de seguimiento del punto de máxima potencia.
Definición estructural: dedos frontales localizados n-TOPCon en una disposición de unión trasera, combinados con un contacto trasero p-TOPCon de doble capa de área completa. Esto es esencialmente una inversión especular del TOPCon convencional, que normalmente utiliza un emisor de boro frontal y un contacto trasero n-TOPCon.
Contacto Trasero de Doble Capa: El Mismo Esqueleto, pero Tres Perillas de Proceso Diferentes
El contacto trasero del 26.66% utiliza SiOx / n+ poli-Si ligeramente dopado / SiOx / n+ poli-Si fuertemente dopado, con fósforo como dopante.
El contacto trasero del 26.34% utiliza SiOx / p+ poli-Si a 36 nm / SiOx / p+ poli-Si a 90 nm, con dopaje de boro.
Ambas estructuras siguen la misma secuencia básica: SiOx inferior, poli-Si interno, SiOx intermedio y poli-Si externo. Sin embargo, la versión p-TOPCon debe lidiar con un problema de larga data.
p-TOPCon siempre ha enfrentado una disyuntiva entre pasivación y contacto. El boro puede generar más defectos en la interfaz Si/SiO₂ que el fósforo, mientras que la metalización de p+ poli-Si es más difícil debido a las limitaciones de transporte de huecos y a la interacción más débil entre la pasta de plata convencional y el p+ poli-Si.
| Elemento de comparación | Contacto trasero del 26.66%: n-TOPCon de área completa | Contacto trasero del 26.34%: p-TOPCon de área completa |
|---|---|---|
| Polaridad del dopante | Fósforo, n+ | Boro, p+ |
| Grosor del poli-Si interno / externo | Aproximadamente 40 / 60 nm | 36 / 90 nm; la capa externa más gruesa proporciona más margen para la difusión de boro y la metalización |
| SiOx intermedio | Aproximadamente 1.5 nm, oxidado térmicamente a 620°C | Aproximadamente 1 nm, formado por oxidación térmica in-situ a 650°C; más delgado porque el túnel de huecos ya es más difícil en el lado p+ |
| Recocido | Rango estimado de 880–920°C en el análisis anterior | Pre-revocido a 1050°C durante más de 30 segundos, logrando un 98% de cristalinidad y elevando la Voc implícita a 747 mV |
| Pasta de plata | Pasta convencional, combinada con una capa amorfa externa para limitar la penetración de Ag | Pasta modificada con óxido de metal alcalino con 4 % en peso de Na₂O/K₂O y polvo de plata rugoso, reduciendo la resistividad de contacto a 0,55 mΩ·cm² |
| Morfología trasera | Pulido trasero convencional | Pulido trasero planarizado porque p-TOPCon es más sensible a la textura superficial y requiere menor J₀ |
| Objetivo principal | Bloquear la penetración de Ag manteniendo la pasivación | Bloquear la penetración de Ag, suprimir los defectos de interfaz relacionados con el boro y mejorar la metalización de p+ poly-Si |
Los datos de proceso reportados incluyen oxidación trasera in situ a 650 °C, una capa intermedia de SiOx de aproximadamente 1 nm, dopaje con boro de 1 × 10²⁰ cm⁻³, 98 % de cristalinidad después de un recocido previo a 1050 °C, una Voc implícita de 747 mV y una resistividad de contacto de 0,55 mΩ·cm² utilizando una pasta modificada con metal alcalino y polvo de plata rugoso.
Un detalle es fácil de pasar por alto. La capa exterior de p+ poly-Si tiene 90 nm de espesor, un 50 % más gruesa que la capa exterior de aproximadamente 60 nm utilizada en el lado n-TOPCon.
Esto no es un aumento arbitrario. El boro tiene una solubilidad sólida menor en poly-Si que el fósforo, por lo que la sección fuertemente dopada necesita más espesor para reducir la resistividad de contacto. Al mismo tiempo, el paso de recocido previo a 1050 °C impulsa el boro hacia adentro. Una capa exterior más gruesa ayuda a prevenir que el boro penetre y dañe la capa inferior de SiOx.
Eso es lo opuesto a la estrategia n-TOPCon, donde la capa exterior puede permanecer más delgada y más amorfa.
Lado frontal: la estrategia de 430 Ω/□ se reemplaza por localización
La pregunta que dejó el estudio anterior era si la estrategia de emisor de boro de alta resistencia de 430 Ω/□ seguiría aplicándose a un contacto frontal n-TOPCon con dedos.
La respuesta de la célula del 26,34 % es clara: no lo hace. El diseño se mueve a una pista diferente.
La célula del 26,66 % utiliza un emisor frontal convencional difundido con boro con una resistencia de hoja de 430 Ω/□. Dedos metálicos finos de alrededor de 10 μm compensan la conductividad lateral más débil.
La célula del 26,34 % elimina el emisor frontal convencional de boro y lo reemplaza con dedos n-TOPCon patronados de aproximadamente 210 μm de ancho, dejando poly-Si solo debajo de las regiones de contacto metálico.
El mecanismo de reducción de recombinación cambia, por lo tanto, de diluir la concentración de dopante a través de una alta resistencia de hoja a reducir el área cubierta por poly-Si.
La textura se modifica primero. Se utilizan ozono y HF para redondear las puntas de las pirámides. Esto reduce la mala pasivación y la corrosión de la pasta de plata alrededor de los picos agudos de la textura.
Se introduce un campo térmico de gradiente, o GTF, en el LPCVD. El ancho completo a la mitad del máximo del Raman alcanza 8.4 cm⁻¹. Un valor más bajo indica mejor cristalinidad. El campo térmico de gradiente mejora la uniformidad de temperatura tanto lateral como vertical y aumenta la cristalinidad del n+ poly-Si.
El dopaje con fósforo alcanza 3.3 × 10²⁰ cm⁻³. Esto es aproximadamente un orden de magnitud mayor que la concentración de fósforo utilizada en el contacto trasero del 26.66%. Los dedos n+ frontales están diseñados para conductividad en lugar de pasivación de área completa. La mayor parte del trabajo de pasivación lo realiza el contacto trasero p-TOPCon de área completa.
El ancho del dedo es de aproximadamente 210 μm. El poly-Si permanece debajo del metal, mientras que el área texturizada sin contacto queda descubierta. Esto reduce sustancialmente la absorción parásita frontal en comparación con un contacto de poly-Si de área completa.
El enfoque de 430 Ω/□ pertenece a la era del emisor de boro. En una estructura n-TOPCon con dedos, la recombinación se controla mediante cobertura localizada de poly-Si, textura superficial redondeada y cristalinidad mejorada mediante GTF-LPCVD, en lugar de simplemente aumentar la resistencia de la lámina.
Esto ayuda a explicar cómo la célula del 26.34% alcanza una Voc de 743.2 mV, cercana a los 744.6 mV reportados para la célula del 26.66%, mientras también logra una mayor Jsc. El contacto frontal localizado reduce la absorción parásita que permanecería en una estructura frontal de poly-Si de área completa.
Comparación lado a lado de los dos diseños hermanos del 26%
Contactos traseros de doble capa SiOx/poly-Si
| Capa o proceso | 26.66% n-TOPCon trasero | 26.34% p-TOPCon trasero | Razón principal de la diferencia |
|---|---|---|---|
| SiOx inferior | Aproximadamente 1.3–1.6 nm, formado en O₂ a 620°C | Aproximadamente 1.8 nm, formado in situ a 650°C | El lado tipo p necesita una barrera más fuerte contra la penetración de boro, aunque el túnel de huecos sea más difícil |
| poly-Si interno | Aproximadamente 40 nm, ligeramente dopado con fósforo y altamente cristalino | 36 nm, ligeramente dopado con boro | El boro tiene menor solubilidad en estado sólido; una capa interna más delgada aún puede soportar la pasivación |
| SiOx intermedio | Aproximadamente 1.5 nm, formado en O₂ a 620°C | Aproximadamente 1 nm, formado in situ | El efecto túnel es más exigente en el lado tipo p, por lo que la capa intermedia no puede ser demasiado gruesa |
| Poli-Si exterior | Aproximadamente 60 nm, fuertemente dopado con fósforo y principalmente amorfo | 90 nm, fuertemente dopado con boro | La metalización de p+ poli-Si es más difícil, requiriendo una capa más gruesa y pasta modificada |
| Recocido | Aproximadamente 880–920°C | Pre-recodido a 1050°C, alcanzando 98% de cristalinidad | El boro requiere una temperatura de activación más alta, mientras que el proceso también debe controlar los defectos de interfaz relacionados con el boro |
| Pasta de plata | Pasta convencional combinada con una capa exterior amorfa | 4% en peso de óxido de metal alcalino más polvo de plata rugoso | La metalización de p+ poli-Si sigue siendo uno de los principales cuellos de botella del proceso |
Comparación del lado frontal
| Artículo | 26.66% lado frontal | 26.34% lado frontal |
|---|---|---|
| Estructura | Emisor difundido con boro de área completa | Dedos n-TOPCon localizados de aproximadamente 210 μm de ancho |
| Estrategia de control de recombinación | Alta resistencia de hoja de 430 Ω/□ para diluir el dopaje | Cobertura reducida de poli-Si combinada con textura redondeada |
| Textura de superficie | Textura convencional de pirámide invertida | Pirámides redondeadas tratadas con ozono y HF |
| Deposición de poli-Si | No aplicable | GTF-LPCVD con FWHM Raman de 8.4 cm⁻¹ |
| Dopante | Boro | Fósforo a 3.3 × 10²⁰ cm⁻³ |
Lo que dicen los dos artículos sobre el desarrollo del contacto trasero por encima del 26%
El mensaje combinado es bastante directo.
En el nivel del 25%, el enfoque fue el comportamiento de orificios de la capa de óxido. En el nivel del 26%, el desarrollo avanzó hacia estructuras de doble capa SiOx/poli-Si y la ingeniería de metalización. Por encima del 26.3%, las rutas comienzan a dividirse: los contactos traseros n-TOPCon buscan sinergia eléctrica bifacial, mientras que los contactos traseros p-TOPCon se mueven hacia un diseño de unión trasera con dedos frontales localizados. Esto último ya está cerca de una arquitectura parcial BC-TOPCon.
La capa intermedia de SiOx utilizada para bloquear la penetración de plata es una característica compartida de ambos diseños de contacto trasero de doble capa. Sin embargo, el lado p-TOPCon debe resolver tres problemas adicionales:
Se necesita un paso de pre-recalentamiento a 1050°C para activar el boro, aumentar la cristalinidad y suprimir los problemas relacionados con la interfaz del boro.
Se necesita pasta de plata modificada con óxido de metal alcalino para abordar la difícil metalización del poli-Si p+.
El pulido y la planarización del lado trasero se vuelven más críticos porque el p-TOPCon es más sensible a la textura de la superficie y su efecto en J₀.
Estos problemas no fueron centrales en el diseño n-TOPCon del 26.66%. En pocas palabras, el contacto p-TOPCon de doble capa es más difícil de fabricar que su contraparte n-TOPCon, pero puede ofrecer un mayor potencial de Voc una vez que el proceso esté controlado.
El contacto trasero p-TOPCon de doble capa en la célula del 26.34% alcanzó un Voc implícito de 747 mV, ligeramente superior al nivel de Voc implícito general estimado discutido para el diseño del 26.66%.
Parámetros de línea de producción que se pueden aplicar directamente
Mejorar el pulido y la planarización trasera. Una línea de producción p-TOPCon no debe tratar el pulido trasero como un proceso que solo necesita ser "suficientemente bueno". La planarización tiene una influencia más fuerte en el J₀ del contacto p-TOPCon de doble capa que en el n-TOPCon.
Formar la capa intermedia de SiOx in situ a aproximadamente 1 nm. Copiar el óxido térmico de 1.5 nm utilizado en la estructura n-TOPCon del 26.66% puede reducir el efecto túnel y perjudicar el FF en el lado p.
Introducir un paso de pre-recalentamiento a 1050°C. Sin este tratamiento, la activación del boro y la cristalinidad del 98% son difíciles de lograr, lo que hace improbable un Voc implícito de 747 mV.
Usar pasta de plata modificada con óxido de metal alcalino. La formulación reportada utiliza 4% en peso de Na₂O/K₂O y polvo de plata rugoso. Una resistividad de contacto de 0.55 mΩ·cm² es un objetivo difícil para el lado p-TOPCon. La pasta convencional puede hacer que la resistencia en serie aumente bruscamente en el contacto p+.
Controle el ancho del dedo frontal en aproximadamente 210 μm. La precisión del patrón láser debe mantenerse al ritmo de la geometría de contacto más estrecha. Reducir aún más el ancho del dedo podría disminuir nuevamente la absorción parásita, pero el daño láser a la pila de doble capa necesitaría ser reevaluado.
La siguiente pregunta para BC-TOPCon
La estructura del 26.34%, con dedos frontales n-TOPCon y un contacto trasero p-TOPCon de doble capa de área completa, es efectivamente una versión parcial de BC-TOPCon.
El siguiente paso lógico sería localizar también el contacto trasero p-TOPCon, disponiendo dedos traseros tipo p y dedos tipo n en un patrón interdigitado. Eso crearía una estructura BC-TOPCon verdadera.
Esto plantea una nueva pregunta. ¿Debería la capa intermedia de SiOx en el contacto trasero p-TOPCon localizado permanecer como SiO₂ puro, o debería ser reemplazada por SiOx dopado con nitrógeno siguiendo una ruta tipo OGO para fortalecer la pasivación de campo? Otra opción sería una pila de AlOx/SiOx, utilizando el efecto de campo del óxido de aluminio junto con el contacto de doble capa SiOx/poli-Si.
El estudio del 26.34% no exploró este problema porque su contacto trasero p-TOPCon permaneció de área completa y no dependía de la pasivación de campo localizada. Sin embargo, una vez que el contacto trasero tipo p se vuelve interdigitado, la combinación de pasivación de campo con AlOx y una estructura de doble capa SiOx/poli-Si puede convertirse en una opción seria para el siguiente paso.
También hay una cuestión de proceso relacionada con las tándem. La célula inferior utilizada en la tándem del 32.73% tiene una superficie frontal texturizada. Las simulaciones en la Figura 1 indican que una configuración de dedos TOPCon en ambos lados puede tener un mayor potencial tándem que una estructura TOPCon de área completa en ambos lados.
Pero, ¿cómo debería controlarse la uniformidad de la fotoluminiscencia en una superficie frontal texturizada con dedos n-TOPCon localizados? La energía láser excesiva puede quemar o aplanar localmente las puntas de las pirámides. Eso puede consumir parte de la ventana de proceso creada por el tratamiento de pirámides redondeadas.
A lo largo de los tres estudios—desde la célula Das Solar del 25.4% hasta las células del 26.66% y 26.34%—la lógica del contacto trasero ha pasado por tres generaciones: control de picaduras de óxido, protección de doble capa contra la penetración de plata y, finalmente, p-TOPCon de doble capa combinado con metalización modificada con metales alcalinos.
La opinión de Ooitech
La ventana de proceso es el verdadero cuello de botella aquí. Una vez que p-TOPCon pasa de un contacto trasero de área completa a dedos BC localizados, la resistividad de contacto, el daño por láser, la activación de boro y la pasivación por efecto de campo tendrán que optimizarse como un sistema acoplado. Una capa intermedia de SiOx más delgada puede proteger el FF, pero también deja menos margen contra la penetración de plata y el daño en la interfaz inducido por boro. El próximo resultado útil será uno que demuestre esta ventana de integración completa en obleas de tamaño de producción, no solo un valor de eficiencia máxima.
