PN-перехід є «серцем» фотоелементів. За типом PN-переходу фотоелементи можна розділити на гомоперехідні та гетероперехідні. Серед них гомоперехідна комірка в основному досягає легування одного типу кремнієвої пластини (P-типу або N-типу) за допомогою дифузії, таким чином отримуючи PN-перехід. Області P-типу та N-типу комірки гетеропереходу складаються з різних типів напівпровідникових матеріалів, які можна розділити на леговані та нелеговані.

Коли напівпровідник P-типу та напівпровідник N-типу комбінуються, через високу концентрацію дірок у напівпровіднику P-типу та високу концентрацію електронів у напівпровіднику N-типу утворюється теплова дифузія. Тобто дірки в напівпровіднику P-типу дифундують в область N-типу, а електрони в напівпровіднику N-типу дифундують в область P-типу. Потім негативні заряди утворюються в області P-типу, тоді як позитивні заряди утворюються в області N-типу, утворюючи вбудоване електричне поле між ними. В умовах освітлення фотони з енергією, більшою за ширину забороненої зони, поглинаються, і електронно-діркові пари генеруються по обидва боки від PN-переходу, і вони відокремлюються один від одного під дією вбудованого електричного поля, таким чином генерування фотоіндукованого струму.

«Ймовірність збору» описує ймовірність того, що носії, створені світловим випромінюванням на певній ділянці батареї, збираються PN-переходом і беруть участь у потоці струму. Його розмір пов’язаний із відстанню, яку потрібно перемістити фотогенерованим носіям, і характеристиками поверхні батареї. Чим далі від дисипативної області, тим менша ймовірність накопичення, а пасивація поверхні може збільшити ймовірність збору носіїв у тому самому місці.

Що таке дифузія? Дифузія описує рух однієї речовини всередині іншої. Суть полягає в броунівському русі атомів, молекул і іонів, що викликає дифузію з місць з високою концентрацією в місця з низькою концентрацією. Виробництво кристалічних кремнієвих сонячних елементів використовує метод високотемпературної хімічної термічної дифузії для досягнення легуючого з’єднання. Термічна дифузія використовує високу температуру для проходження домішок через структуру решітки кремнію. Цей метод залежить від часу та температури та вимагає 3 етапів: попереднього осадження, введення та активації.

Три показники дифузії: квадратний опір, глибина спаю та поверхнева концентрація

Величина квадратного опору в основному є комплексною характеристикою поверхневої концентрації та глибини переходу, і його вплив на параметри комірки в основному включає наступні три моменти: 1) Глибина дифузійного PN-переходу безпосередньо впливає на поглинання ним короткохвильового світла, тому дифузія в певному діапазоні. Чим дрібніший PN-перехід (чим вище квадратне значення опору), тим вище значення струму; 2) Концентрація легування дифузійного фосфорного елемента певною мірою впливає на провідність його кремнієвої частини N-типу, тому чим вища концентрація легування (квадратичне значення опору, чим менше значення, тим вищий коефіцієнт заповнення; 3 ) Загалом кажучи, у певному діапазоні напруга холостого ходу зростає зі збільшенням концентрації дифузії.

2.1. Гомоперехід: розширення фосфору та бору

У гомопереході батареї області P-типу та області N-типу є одним і тим же типом напівпровідникового матеріалу, а PN-перехід зазвичай утворюється легуванням. Загальні методи легування включають: 1) трубчасту дифузію (низький тиск, нормальний тиск); 2) іонна імплантація + відпал; 3) дифузія джерела покриття (трафаретний друк, спінювання, розпилення, роликовий друк). В даний час більшість з них використовують трубчасту дифузію низького тиску.

Дифузія фосфору: P2O5, що утворюється в результаті розкладання POCl3, осідає на поверхні кремнієвої пластини, P2O5 реагує з кремнієм, утворюючи SiO2 і атоми фосфору, і утворює шар фосфорилікатного скла на поверхні кремнієвої пластини, а потім фосфор атоми дифундують у кремній. Дифузія бору: B2O3, що утворюється в результаті розкладання BBr3/BCl3, осідає на поверхні кремнієвої пластини, B2O3 реагує з кремнієм, утворюючи SiO2 і атоми бору, і утворює шар боросилікатного скла на поверхні кремнієвої пластини, а потім атоми бору дифундують у кремній. Зі сказаного вище видно, що дифузія бору чи фосфору – необхідно утворити атоми бору або атоми фосфору, щоб дифундувати в кремнієву підкладку. Дифузія бору важча, ніж дифузія фосфору. Причина полягає в тому, що тверда розчинність атомів бору в кремнієвій матриці низька, тому температура розширення бору повинна досягати вище 1000 °C. А коли кількість поверхневого легування є високою, на поверхні легко сформувати накопичення бору, тобто шар, багатий бором (BRL), що створює проблеми для подальшого очищення.

Для розширення бору наразі існує два шляхи BBr3/BCl3. BBr3 є рідиною при кімнатній температурі, і його безпечність є відносно хорошою, але утворений B2O3 є в’язким і вимагає очищення DCE, що призводить до високих витрат на обслуговування. BCl3 є газом при кімнатній температурі, і його безпечність відносно низька, але утворений B2O3 гранульований і його легко очищати. Недоліком є ​​те, що енергія зв’язку B-Cl більша, і його непросто розкласти, що призводить до низького використання при температурі дифузії.

Згідно з прогнозом ITRPV, маршрут BBr3 як і раніше займатиме більшу частину ринку в майбутньому, але частка маршруту BCl3 поступово збільшуватиметься, досягнувши приблизно 40% частки ринку до 2032 року. 2.2

. Гомоперехід: SE

Навіщо потрібен SE (селективний випромінювач)? Причина полягає в тому, що звичайні кристалічні кремнієві сонячні батареї використовують однорідно леговані випромінювачі високої концентрації. Вища концентрація легування може покращити омічний контакт між кремнієвою пластиною та електродом і зменшити послідовний опір, але також легко спричинити вищу поверхневу рекомбінацію. З цією метою необхідно використовувати технологію селективного емітера (СЕ) для виконання глибокої дифузії висококонцентрованого легування на та поблизу контакту між металевою лінією затвора (електродом) і кремнієвою пластиною, а також дрібної дифузії легування низької концентрації в область, відмінну від електрода. .

Переваги структури SE: 1) сильне легування під електродами робить контактний опір нижчим, ніж у звичайних батарей, тим самим покращуючи коефіцієнт заповнення; 2) Світлове легування між електродами може ефективно зменшити рекомбінацію носіїв, коли вони течуть латерально в дифузійному шарі 3) Короткохвильова смуга сонячного світла в основному поглинається на передній поверхні кремнієвої пластини, а неглибока дифузія може покращити ефективність збудження короткохвильової смуги сонячного світла, тим самим збільшуючи струм короткого замикання; 4) Утворіть n++-n+/ p++ Перехід високий-низький -p+ може зменшити рекомбінацію неосновних носіїв під електродами та збільшити напругу холостого ходу. Підсумовуючи, SE краще врівноважує протиріччя між контактним опором між металом і напівпровідником і збором фотонів, ніж звичайні батареї. Виходячи з технічної складності розширення бору, складніше зробити SE на основі розширення бору, ніж SE на основі фосфору. В даний час в основному розроблено два технічних шляхи первинного розширення бору та вторинного розширення бору.

Згідно з «Підготовкою надтонкого тунельного оксидного шару на основі технології PECVD і застосуванням Poly-Si в батареях TOPCon» Tongwei, наразі в галузі існує п’ять поширених розширених бором SE рішень, серед яких наразі шлях відкриття плівки лазером. найзріліший. планувати. З точки зору перспектив масового виробництва шлях Etch-back і шлях лазерного прямого легування є найбільш імовірними шляхами досягнення масового виробництва. Серед п’яти схем, маршрут суспензії травлення, шлях суспензії бору та шлях зворотного травлення потребують зовнішньої розробки різних суспензій.

2.3. Гетероперехід: легований і нелегований

По суті, теплова дифузія — це метод досягнення легування для формування PN-переходу на тому самому напівпровіднику. Інші методи включають іонну імплантацію, осадження з парової фази тощо. Наприклад, шляхом осадження власного аморфного кремнію та легованого аморфного кремнію на поверхню кристалічного кремнію шляхом осадження з парової фази, оскільки кристалічний кремній і аморфний кремній не належать до одного напівпровідникового матеріалу, утворений PN-перехід називається гетеропереходом.

Гетероперехідні комірки леговані за допомогою осадження з парової фази, а не дифузії. Одна проблема, викликана цим, полягає в тому, що ширина забороненої зони аморфного кремнію на передній поверхні мала, що призводить до серйозного оптичного паразитного поглинання, яке обмежує збільшення струму насичення; а низька ефективність легування шару аморфного кремнію призводить до низького виходу елементів. Це стало поштовхом до застосування та дослідження гетеропереходів без допінгів. Матеріали оксиду перехідного металу N-типу (TMO) намагалися використовувати як шари для транспортування дірок. Відповідно до відповідних даних Університету Сунь Ят-Сена, MoOx використовується замість легованого аморфного кремнію p-типу в елементах HJT, і найвища ефективність перетворення досягла 23,5%.

2.4. Неперехідне легування

Окрім формування PN-переходів, процес легування також використовується для формування високо-низьких переходів. Так зване високо-низьке з’єднання означає встановлення градієнта концентрації тієї самої домішки між підкладкою батареї та нижнім електродом для підготовки P-P+ або N-N+ високо-низького з’єднання для формування зворотного електричного поля, яке може покращити ефективний збір носіїв і підвищити ефективність сонячної енергії. Довгохвильовий відгук батареї збільшує струм короткого замикання та напругу холостого ходу, і цю батарею називають «батареєю заднього поля». Типовим випадком є ​​те, що в осередках TOPCon легування бором використовується на передній частині для формування PN-переходу на кремнієвій пластині N-типу, а полікремній N-типу, виготовлений із легування фосфором, використовується на задній частині, щоб відігравати роль високого та низькі розв'язки. В акумуляторі HJT,

У широкому розумінні, якщо електричне поле встановлюється через градієнт концентрації тієї самої домішки, що впливає на структуру збору носіїв, це можна назвати високо-низьким переходом. Такий як селективний випромінювач у розширенні бору/фосфору, алюмінієве заднє поле в комірках BSF, локальне алюмінієве заднє поле в комірках PERC і тонка сітка з сріблясто-алюмінієвої пасти на передній поверхні комірок TOPCon.

2.5. Дифузійна піч

Вітчизняне обладнання для дифузії фосфору для електричного поля PERC було повністю локалізовано, і розроблено обладнання, придатне для великих кремнієвих пластин і великої виробничої потужності. Враховуючи однорідність теплового поля та газового поля, режими розміщення кремнієвих пластин включають горизонтальні, вертикальні та подібні. Вертикальний тип PE та багато інших режимів. До обладнання для дифузії бору висуваються вищі вимоги, ніж до дифузії фосфору, що в основному відображається в: однорідності, довгому часі дифузії, високій температурі дифузії та паразитній дислокації OSF кремнієвої пластини.

Проблема однорідності: ядром є однорідність газового поля та теплового поля. Вертикальне розміщення та горизонтальне розміщення мають свої переваги та недоліки. Вертикальне розташування сприяє передачі теплового випромінювання, але не сприяє пропусканню потоку повітря; горизонтальне розміщення сприяє пропусканню повітряного потоку, але захищає теплове випромінювання. Оскільки розмір кремнієвих пластин стає більшим і тоншим, рівномірність вертикального розміщення стає під сумнів. З одного боку, великі кремнієві пластини призводять до більшої відстані руху газу між двома кремнієвими пластинами, і опір збільшується; з іншого боку, кривизна тонких кремнієвих пластин при вертикальному розміщенні стає більшою. Лаплас розміщений горизонтально спиною до спини, і потік повітря надходить з порту та збоку, що не тільки збільшує рівномірність повітряного потоку, але й

З іншого боку, оскільки виробнича потужність однієї печі продовжує зростати, довжина труби печі збільшується, що забезпечує рівномірність повітряного потоку та теплового поля в наддовгій температурній зоні. В даний час багатоступеневий повітрозабірник в основному використовується для підвищення рівномірності потоку повітря в трубі печі.