PERC(Passivated Emitter and Back-side Cell) 태양전지의 업그레이드 버전인 TOPCon(Tunnel Oxide Passivation Contact) 태양전지의 성능은 산화규소층과 폴리실리콘층에 크게 좌우됩니다. 우리는 폴리실리콘의 결정화 속도가 다르거나 게르마늄 및 탄소와 같은 원소의 도핑이 폴리실리콘의 밴드 갭을 변화시켜 TOPCon 태양전지의 효율(Eff)에 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다. 따라서 적절한 밴드 갭이 특히 중요합니다. 동시에 폴리실리콘의 내부 결함도 태양전지 성능에 큰 영향을 미친다. 시뮬레이션된 밴드 다이어그램, 캐리어 농도 및 재결합 속도를 사용하여 폴리실리콘의 결함과 다양한 밴드갭 폴리실리콘이 TOPCon 태양전지 성능에 미치는 영향을 심층적으로 조사했습니다.

TOPCon 태양전지에 대한 밴드갭 폭의 영향

TOPCon 태양전지에서 폴리실리콘층은 전지의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 현재 연구는 주로 인 도핑 농도와 터널링 산화물 두께에 초점을 맞추고 있으며 TOPCon 태양전지에 대한 폴리실리콘 밴드갭 폭과 결함의 영향을 종종 무시합니다.

현재 TOPCon 태양전지 백필드층 폴리실리콘의 주요 제조기술은 LPCVD나 PECVD이다. LPCVD 방법으로 제조된 폴리실리콘은 밴드갭을 조절하기가 어렵다. 그러나 PECVD를 사용하면 폴리실리콘의 밴드 갭은 고온 어닐링 또는 C와 O의 도핑을 통해 조정할 수 있습니다. 서로 다른 어닐링 조건에서 PECVD로 성장한 비정질 실리콘 필름의 결정화 속도는 매우 달라지는 경향이 있습니다. 폴리실리콘의 결정화 속도는 폴리실리콘의 결정화 속도와 밀접한 관련이 있습니다. 결정화 속도가 높을수록 Poly-Si의 밴드 갭은 작아집니다. 결정화 속도 외에도 도핑은 폴리실리콘의 밴드 갭에도 영향을 미칩니다. 예를 들어 게르마늄이 비정질 실리콘에 도핑되면 비정질 실리콘의 밴드 갭이 감소합니다. 탄소를 도핑하면 밴드갭이 증가합니다. 밴드갭의 변화에 따라 TOPCon 태양전지의 Voc, Jsc, FF, Eff가 모두 많이 변했습니다.

폴리실리콘에서 결함 상태에는 가전자대 테일 로컬 상태, 전도대 테일 로컬 상태 및 4개의 가우스 분포 에너지 갭 상태가 포함됩니다. Band-tail localization은 bond angle 변형에 의해 발생하고 gap localization은 float bond에 의해 발생합니다. 폴리실리콘의 에너지 갭 상태는 도너형 결함 상태와 수용형 결함 상태로 나눌 수 있습니다. 결함 상태의 농도가 증가함에 따라 TOPCon 태양전지의 성능이 저하됩니다.

뒷면의 폴리실리콘은 TOPCon 태양전지의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 협대역 시스템의 경우 폴리실리콘 계면 가전자대에서 양자우물이 형성되면 정공이 축적되어 재결합률이 급등해 소자 성능이 저하되는 문제가 있다. 밴드갭이 1.34eV로 증가하면 양자우물이 사라지고 재결합률이 두 자릿수 감소하며 성능이 향상된다. 따라서 좋은 TOPCon 태양전지를 얻기 위해서는 폴리실리콘층을 제조할 때 밴드갭의 폭을 조절하는 데 주의가 필요하다. 동시에, 폴리실리콘 층의 결함 상태 농도, 특히 클래스 수용 결함 상태 농도를 줄이는 데 주의를 기울여야 합니다. 도핑 농도는 1~2배 미만으로 제어되어야 합니다.

주요 결론:

폴리실리콘의 밴드갭은 TOPCon 태양전지의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 밴드갭이 클수록 개방전압(Voc), 단락전류밀도(Jsc), 효율(Eff)을 향상시킬 수 있습니다.

폴리실리콘의 결함 상태 농도가 증가하면 태양전지 성능이 저하되며, 그 중 산성 결함 상태가 태양전지에 미치는 영향이 더욱 뚜렷해집니다.

폴리실리콘층을 제조할 때 밴드갭의 폭을 조절하는 것이 필요하며, 특히 수용 결함 상태를 조절하는 데 있어서는 1~2자릿수 미만의 도핑 농도로 조절해야 한다.