Lớp tiếp giáp PN là "trái tim" của tế bào quang điện. Theo loại mối nối PN, tế bào quang điện có thể được chia thành tế bào đồng thể và tế bào dị thể. Trong số đó, tế bào homojunction chủ yếu đạt được sự pha tạp trên cùng một loại wafer silicon (loại P hoặc loại N) bằng phương pháp khuếch tán, do đó thu được mối nối PN. Vùng loại P và vùng loại N của tế bào dị vòng bao gồm các loại vật liệu bán dẫn khác nhau, có thể được chia thành loại pha tạp và loại không pha tạp.

Khi kết hợp chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N, do mật độ lỗ trống trong chất bán dẫn loại P cao và nồng độ electron trong chất bán dẫn loại N cao, sự khuếch tán nhiệt sẽ được hình thành. Nghĩa là, các lỗ trống trong chất bán dẫn loại P khuếch tán sang vùng loại N và các electron trong chất bán dẫn loại N khuếch tán sang vùng loại P. Sau đó, các điện tích âm được hình thành ở vùng loại P, trong khi các điện tích dương được hình thành ở vùng loại N, tạo thành một điện trường tích hợp giữa hai vùng. Trong điều kiện ánh sáng, các photon có năng lượng lớn hơn độ rộng dải cấm được hấp thụ và các cặp electron-lỗ trống được tạo ra ở cả hai phía của tiếp giáp PN và chúng được tách ra khỏi nhau dưới tác dụng của điện trường tích hợp, do đó tạo ra dòng quang cảm ứng.

"Xác suất thu thập" mô tả xác suất mà các hạt tải điện được tạo ra do chiếu xạ ánh sáng trên một khu vực nhất định của pin được thu thập bởi đường giao nhau PN và tham gia vào dòng điện. Kích thước của nó liên quan đến khoảng cách mà các chất mang quang điện cần di chuyển và đặc điểm bề mặt của pin. Càng xa vùng tiêu tán, xác suất được thu thập càng thấp và sự thụ động hóa bề mặt có thể làm tăng xác suất thu thập các hạt tải điện tại cùng một vị trí.

Khuếch tán là gì? Khuếch tán mô tả sự chuyển động của một chất trong một chất khác. Bản chất nằm ở chuyển động Brown của các nguyên tử, phân tử và ion, gây ra sự khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Việc sản xuất pin mặt trời silicon tinh thể áp dụng phương pháp khuếch tán nhiệt hóa học ở nhiệt độ cao để đạt được điểm nối pha tạp. Khuếch tán nhiệt sử dụng nhiệt độ cao để đẩy tạp chất qua cấu trúc mạng silicon, phương pháp này bị ảnh hưởng bởi thời gian và nhiệt độ, và cần 3 bước: tiền lắng đọng, đẩy vào và kích hoạt.

Ba chỉ số khuếch tán: điện trở vuông, độ sâu mối nối và nồng độ bề mặt

Giá trị điện trở vuông chủ yếu là một đặc tính toàn diện của nồng độ bề mặt và độ sâu của đường giao nhau, và ảnh hưởng của nó đến các tham số của tế bào chủ yếu bao gồm ba điểm sau: 1) Độ sâu của đường giao nhau PN khuếch tán ảnh hưởng trực tiếp đến sự hấp thụ ánh sáng sóng ngắn của nó, do đó, sự khuếch tán trong một phạm vi nhất định Đường giao nhau PN càng nông (giá trị điện trở vuông càng cao), giá trị hiện tại càng cao; 2) Nồng độ pha tạp của nguyên tố phốt pho khuếch tán ảnh hưởng đến độ dẫn điện của phần silicon loại N của nó ở một mức độ nhất định, do đó nồng độ pha tạp càng cao (giá trị điện trở bình phương càng nhỏ thì hệ số lấp đầy càng cao; 3) ) Nói chung, trong một phạm vi nhất định, điện áp mạch mở tăng khi nồng độ khuếch tán tăng.

2.1. Homojunction: mở rộng phốt pho và mở rộng boron

Trong pin homojunction, vùng loại P và vùng loại N là cùng một loại vật liệu bán dẫn và một điểm nối PN thường được hình thành bằng cách pha tạp. Các phương pháp pha tạp phổ biến bao gồm: 1) khuếch tán ống (áp suất thấp, áp suất bình thường); 2) cấy ion + ủ; 3) khuếch tán nguồn lớp phủ (in lụa, tráng kéo sợi, tráng phun, in trục lăn). Hiện nay, hầu hết trong số họ sử dụng khuếch tán hình ống áp suất thấp.

Khuếch tán phốt pho: P2O5 được tạo ra bởi sự phân hủy POCl3 được lắng đọng trên bề mặt của tấm silicon, P2O5 phản ứng với silicon để tạo thành các nguyên tử SiO2 và phốt pho, đồng thời tạo thành một lớp thủy tinh phosphosilicate trên bề mặt của tấm silicon, sau đó là phốt pho. các nguyên tử khuếch tán vào silicon. Khuếch tán boron: B2O3 được tạo ra từ quá trình phân hủy BBr3/BCl3 lắng đọng trên bề mặt của tấm bán dẫn silicon, B2O3 phản ứng với silicon để tạo thành các nguyên tử SiO2 và boron, đồng thời tạo thành một lớp thủy tinh borosilicate trên bề mặt của tấm bán dẫn silicon, sau đó các nguyên tử boron khuếch tán vào silicon. Từ những điều trên có thể thấy rằng cho dù đó là khuếch tán boron hay khuếch tán phốt pho, thì cần phải hình thành các nguyên tử boron hoặc nguyên tử phốt pho để khuếch tán vào chất nền silicon. Khuếch tán boron khó hơn khuyếch tán photpho. Lý do là độ hòa tan rắn của các nguyên tử boron trong ma trận silicon thấp, do đó nhiệt độ giãn nở của boron phải đạt trên 1000 ° C. Và khi lượng pha tạp bề mặt cao, rất dễ hình thành sự tích tụ boron trên bề mặt, tức là lớp giàu boron (BRL), điều này đặt ra những thách thức cho quá trình làm sạch tiếp theo.

Để mở rộng boron, hiện tại có hai cách sử dụng BBr3/BCl3. BBr3 là chất lỏng ở nhiệt độ phòng và độ an toàn của nó tương đối tốt, nhưng B2O3 được tạo ra có tính nhớt và cần phải làm sạch DCE, dẫn đến chi phí bảo trì cao. BCl3 là một chất khí ở nhiệt độ phòng, độ an toàn tương đối kém, nhưng B2O3 được tạo ra ở dạng hạt và dễ làm sạch. Nhược điểm là năng lượng liên kết B-Cl lớn hơn và không dễ bị phân hủy, dẫn đến việc sử dụng thấp ở nhiệt độ khuếch tán.

Theo dự báo của ITRPV, tuyến BBr3 vẫn sẽ chiếm phần lớn thị trường trong tương lai nhưng tỷ trọng của tuyến BCl3 sẽ tăng dần, đạt khoảng 40% thị phần vào năm 2032. 2.2

. Từ đồng âm: SE

Tại sao lại cần SE (Selective Emitter)? Lý do là pin mặt trời silicon tinh thể thông thường sử dụng các bộ phát pha tạp có nồng độ cao đồng nhất. Nồng độ pha tạp cao hơn có thể cải thiện tiếp xúc điện trở giữa tấm silicon và điện cực, đồng thời giảm điện trở nối tiếp, nhưng cũng dễ gây ra sự tái hợp bề mặt cao hơn. Để đạt được mục tiêu này, cần sử dụng công nghệ bộ phát chọn lọc (SE) để thực hiện khuếch tán sâu pha tạp nồng độ cao tại và gần điểm tiếp xúc giữa đường cổng kim loại (điện cực) và tấm wafer silicon, và khuếch tán nông pha tạp nồng độ thấp trong khu vực khác ngoài điện cực. .

Ưu điểm của cấu trúc SE: 1) Sự pha tạp nặng dưới các điện cực làm cho điện trở tiếp xúc thấp hơn so với pin thông thường, do đó cải thiện hệ số lấp đầy; 2) Sự pha tạp ánh sáng giữa các điện cực có thể làm giảm hiệu quả sự tái hợp của các chất mang khi chúng chảy ngang trong lớp khuếch tán 3) Dải sóng ngắn của ánh sáng mặt trời về cơ bản được hấp thụ trên bề mặt trước của tấm silicon và sự khuếch tán nông có thể cải thiện hiệu suất kích thích của ánh sáng mặt trời dải sóng ngắn, do đó làm tăng dòng điện ngắn mạch; 4) Tạo thành n++-n+/ p++ Mối nối cao-thấp của -p+ có thể làm giảm sự tái hợp của các hạt tải điện thiểu số dưới các điện cực và tăng điện áp mạch hở. Tóm tắt, SE cân bằng tốt hơn sự mâu thuẫn giữa điện trở tiếp xúc giữa kim loại và chất bán dẫn và sự thu thập photon so với pin thông thường. Dựa trên độ khó kỹ thuật của việc mở rộng boron, việc tạo ra SE dựa trên sự mở rộng boron sẽ khó hơn so với SE mở rộng phốt pho. Hiện tại, hai lộ trình kỹ thuật mở rộng boron sơ cấp và mở rộng boron thứ cấp chủ yếu được phát triển.

Theo "Chuẩn bị lớp oxit đường hầm siêu mỏng dựa trên công nghệ PECVD và ứng dụng Poly-Si trong pin TOPCon" của Tongwei, hiện có năm giải pháp SE mở rộng boron phổ biến trong ngành, trong đó hiện có lộ trình mở màng laser. trưởng thành nhất. kế hoạch. Từ góc độ triển vọng sản xuất hàng loạt, lộ trình Etch-back và lộ trình pha tạp trực tiếp bằng laser là những lộ trình có khả năng nhất để đạt được sản xuất hàng loạt. Trong số năm kế hoạch, lộ trình khắc axit, lộ trình bùn boron và lộ trình Ăn ngược đều yêu cầu sự phát triển bên ngoài của các loại bùn khác nhau.

2.3. Dị thể: pha tạp và không pha tạp

Về cơ bản, khuếch tán nhiệt là phương pháp đạt được sự pha tạp để tạo thành tiếp giáp PN trên cùng một chất bán dẫn. Các phương pháp khác bao gồm cấy ion, lắng đọng hơi, v.v. Ví dụ, bằng cách lắng đọng silicon vô định hình bên trong và silicon vô định hình pha tạp trên bề mặt của silicon tinh thể bằng cách lắng đọng hơi, vì silicon tinh thể và silicon vô định hình không thuộc cùng một loại vật liệu bán dẫn, sự hình thành Ngã ba PN được gọi là dị thể.

Các tế bào dị thể được pha tạp bằng cách lắng đọng hơi thay vì khuếch tán. Một vấn đề do điều này gây ra là vùng cấm của silicon vô định hình ở bề mặt phía trước nhỏ, dẫn đến sự hấp thụ ký sinh quang học nghiêm trọng, hạn chế sự gia tăng dòng điện bão hòa; và hiệu quả pha tạp thấp của lớp silicon vô định hình dẫn đến năng suất tế bào thấp. Điều này đã kích hoạt ứng dụng và khám phá các tế bào dị thể không pha tạp. Vật liệu oxit kim loại chuyển tiếp loại N (TMO) đã được thử làm lớp vận chuyển lỗ. Theo dữ liệu liên quan từ Đại học Sun Yat-Sen, MoOx được sử dụng thay cho silicon vô định hình pha tạp loại p trong các tế bào HJT và hiệu suất chuyển đổi cao nhất đạt 23,5%.

2.4. doping không tiếp giáp

Ngoài việc hình thành các mối nối PN, quá trình pha tạp cũng được sử dụng để hình thành các mối nối cao-thấp. Cái gọi là điểm nối cao-thấp đề cập đến việc thiết lập một gradient nồng độ của cùng một tạp chất giữa đế pin và điện cực dưới cùng để chuẩn bị điểm nối cao-thấp P-P+ hoặc N-N+ để tạo thành điện trường ngược, trong đó có thể cải thiện việc thu thập hiệu quả các sóng mang và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời. Phản ứng sóng dài của pin làm tăng dòng điện ngắn mạch và điện áp hở mạch, loại pin này được gọi là "pin trường ngược". Một trường hợp điển hình là trong các ô TOPCon, pha tạp boron được sử dụng ở mặt trước để tạo thành mối nối PN trên tấm wafer silicon loại N và polysilicon loại N làm từ pha tạp phốt pho được sử dụng ở mặt sau để đóng vai trò cao và mối nối thấp. Trong pin HJT,

Theo nghĩa rộng, miễn là điện trường được thiết lập thông qua gradient nồng độ của cùng một tạp chất, do đó ảnh hưởng đến cấu trúc của bộ sưu tập chất mang, nó có thể được gọi là điểm nối cao-thấp. Chẳng hạn như bộ phát chọn lọc trong mở rộng boron/mở rộng phốt pho, trường lưng nhôm trong các tế bào BSF, trường lưng nhôm cục bộ trong các tế bào PERC và lưới mịn dán nhôm bạc trên bề mặt trước của các tế bào TOPCon.

2.5. lò khuếch tán

Thiết bị khuếch tán phốt pho trong nước cho điện trường PERC đã được bản địa hóa hoàn toàn và thiết bị phù hợp với các tấm silicon lớn và năng lực sản xuất lớn đã được phát triển. Xem xét tính đồng nhất của trường nhiệt và trường khí, các chế độ đặt của tấm silicon bao gồm ngang, dọc và tương tự. PE loại dọc và nhiều chế độ khác. Thiết bị khuếch tán boron có yêu cầu cao hơn so với khuếch tán phốt pho, chủ yếu thể hiện ở: tính đồng nhất, thời gian khuếch tán dài, nhiệt độ khuếch tán cao và sự phân bổ OSF ký sinh của wafer silicon.

Vấn đề đồng nhất: cốt lõi là sự đồng nhất của trường khí và trường nhiệt. Vị trí dọc và vị trí ngang có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Vị trí thẳng đứng có lợi cho việc truyền bức xạ nhiệt, nhưng không có lợi cho việc truyền luồng không khí; vị trí nằm ngang có lợi cho việc truyền luồng không khí, nhưng che chắn bức xạ nhiệt. Khi kích thước của các tấm silicon trở nên lớn hơn và mỏng hơn, tính đồng nhất của vị trí thẳng đứng bị thách thức. Một mặt, các tấm silicon lớn dẫn đến khoảng cách di chuyển khí giữa hai tấm silicon dài hơn và điện trở tăng lên; mặt khác, độ cong của các tấm silicon mỏng khi đặt thẳng đứng sẽ lớn hơn. Laplace được đặt quay lưng lại theo chiều ngang và luồng không khí đi vào từ cổng và mặt bên, điều này không chỉ làm tăng tính đồng nhất của luồng không khí,

Mặt khác, khi công suất sản xuất của một lò tiếp tục tăng, chiều dài của ống lò tăng lên, mang lại sự đồng nhất của luồng không khí và trường nhiệt trong vùng nhiệt độ siêu dài. Hiện nay, hầu hết các cửa hút khí nhiều tầng được sử dụng để tăng tính đồng nhất của luồng không khí trong ống lò.