1. 표면 패시베이션의 발전 추세

결정질 실리콘 태양전지의 최우선 과제는 항상 표면 패시베이션이었습니다. 초기 스크린 인쇄 태양전지는 당시 기술적인 한계로 인해 사람들은 단순히 TiO2 층을 도입했습니다. 그러나 TiO2의 부동태화 기능은 이상적인 역할을 수행하지 못했습니다.

1990년대에는 공정기술의 발달로 플라즈마강화화학기상증착(PECVD) 기술로 제조한 질화규소(SiNx)막이 주류가 되었으며, 일반적으로 전면의 반사방지층 및 패시베이션층으로 사용되었다. 태양 전지.

SiNx를 사용하면서 배터리 전면의 패시베이션 최적화가 병목 단계에 접어들면서 사람들은 심각한 복합 문제를 안고 후면으로 연구 방향을 돌리기 시작했습니다. UNSW는 1990년대에 PERC 및 PERL 구성을 도입했습니다.

이 두 구조의 공통점은 태양전지 뒷면의 패시베이션을 구현하기 위해 산화규소층을 사용한다는 것입니다. 동시에, 국부적인 오픈 홀 형성 점 접촉 공정은 비패시베이션 영역의 면적을 효과적으로 줄입니다. 차이점은 후자는 오픈홀 근처에서 국부적인 도핑 확산을 통해 역전계를 형성한다는 점이다. 그러나 이는 또한 프로세스를 훨씬 더 복잡하게 만듭니다.

PERC와 Perl 구조의 태양전지는 표면 패시베이션 효과가 상대적으로 우수하지만 태양전지 뒷면의 접촉 영역을 개방형 홀 범위로 제한합니다.

홀을 오픈하는 공정은 준비 공정의 복잡성을 높이는 동시에 접촉 범위의 실리콘 소재에 손상을 입히고 금속과 반도체 접촉 영역 사이의 합성 정도를 증가시킵니다. 또한 열린 구멍이 있으면 캐리어가 접촉 표면에 수직인 최단 경로에서 전송할 수 없게 되어 전송 과정에서 스트링 저항과 FF(Fill Factor) 손실이 증가하게 됩니다.

부동태화 접촉 기술은 태양전지에 적용되어 현재 연구의 초점이 되고 있는 부동태화 접촉 태양전지를 형성합니다.

2. TOPCon 태양전지의 작동원리

① TOPCon 태양전지의 캐리어 분리 공정

일반적으로 태양전지에서 전류에 의해 생성되는 내부 전력은 반도체 물질의 밴드갭 폭보다 큰 에너지를 가진 빛이 태양전지에 조사되면 PN 접합의 내장된 전기장에 의해 광 생성된 캐리어가 분리되어 형성된다고 믿어집니다. PN 접합 표면에서는 확산과 표류 운동에 의해 생성된 원래의 동적 균형이 파괴되어 새로운 전자 정공 쌍이 생성되고 내장된 전기장의 작용으로 분리됩니다. 그래서 광전류를 생성하고,

그러나 일부 연구자들은 이제 평형 페르미 준위를 파괴하고 준 페르미 준위 구배를 생성함으로써 전류가 생성될 수 있다고 믿고 있습니다. 흡수층 양쪽의 접촉 영역에 있는 서로 다른 유형의 캐리어의 전도성이 다르므로, 나가는 광생성 전자와 정공이 각각 서로 다른 방향으로 이동하게 됩니다.

흡수층의 광여기된 전자와 정공은 각각 전도대와 가전자대를 따라 이동합니다. 이상적으로는 다이어그램의 전자와 정공이 각각 왼쪽 전자 접촉과 오른쪽 구멍 접촉을 통해 외부 회로에 도달합니다. 복합 전류 밀도(J0c)와 접촉 저항률(ρc)은 일반적으로 캐리어 선택적 패시베이션 접촉 성능을 측정하는 데 사용됩니다.

ρc는 다중이온에 대한 부동태화된 접점의 출력 용량, 즉 전자(다중이온) 전류에 대한 전자 접촉 영역의 저항 손실을 나타낸다. J0c는 소수 전자에 대한 패시베이션 접촉의 차단 능력이 일부 소수 정공이 전자 접촉 영역과 많은 소수 전자로 재결합함으로써 생성된다는 것을 보여주기 위해 사용됩니다.

② TOPCon 태양전지의 캐리어 이동 과정

TOPCon 태양전지는 캐리어에 의한 부동태화된 접촉 구조를 선택적으로 집합시키는 방식으로, 태양전지 후면에 터널링된 실리콘 산화물층과 고농도로 도핑된 실리콘 박막층으로 이루어진 층을 마련하여 형성된다.

초박형 실리콘 산화물과 고농도로 도핑된 실리콘 필름의 우수한 패시베이션 효과로 인해 실리콘 웨이퍼 표면의 에너지 밴드가 구부러져(이에 따라 필드 패시베이션 효과가 형성됨) 전자 터널링 가능성이 크게 증가하고 ρc 도 크게 감소됩니다. 우수한 캐리어 선택적 패시베이션 접촉 특성으로 인해(J0c< 10fA/cm2, ρc< 30 mΩ·cm 2), TOPCon 기술로 제조된 결정질 실리콘 태양전지의 효율은 26% 이상에 도달했습니다.

③ 초박형 터널링 산화물 층의 경우 현재 학계에는 두 가지 캐리어 전송 이론이 있습니다.

첫 번째는 양자 터널링이다.

즉, 다음과 같은 미세한 입자장벽 높이가 입자 에너지보다 높을 때 전자는 확률적으로 장벽을 통해 반대쪽으로 통과할 수 있습니다. '불확정성 원리'에 따르면 시간과 에너지는 동시에 일정한 값을 가질 수 없으며, 한 양이 확실할수록 다른 양은 더 불확실합니다.

즉, 매우 짧은 시간 안에 입자의 에너지는 극도로 불확실할 것이고, 에너지 값의 범위는 더 커질 것이다. 따라서 입자의 에너지(에너지 범위에 대한 입자의 평균이어야 함)가 장벽 높이보다 낮더라도 이 범위의 높은 에너지 상태가 매우 짧은 시간 동안 장벽 높이를 초과할 가능성이 있습니다. 시간.

장벽 공간 범위가 작으면 에너지 상태가 높은 입자는 매우 짧은 시간에 장벽을 통과할 수 있습니다.

두 번째는 핀홀 이론이다.

산화물 층이 2nm를 초과하면 캐리어 터널링 가능성이 크게 감소합니다. 이때 캐리어는 주로 핀홀을 통해 전달되며, 산화물층의 핀홀 수가 너무 적으면 캐리어 전달이 제한됩니다.

핀홀의 수가 너무 많다는 것은 산화물층에 결함이 너무 많다는 것을 의미하며, 이는 산화물층의 화학적 부동태화 효과를 감소시킵니다. 이러한 수송 메커니즘 하에서 산화규소의 품질은 매우 높습니다.