በTOPCon ሴሎች ውስጥ ያሉ ቀዳዳዎች፡ ወደ 26.55% ብቃት የሚያስገርም መንገድ
የይዘት ሰንጠረዥ
አጠቃላይ እይታ
ይህ በሲሊከን ፎቶቮልታይክ ውስጥ ለረጅም ጊዜ የተያዘውን ግምት የሚቀይር ነገር ነው። ተመራማሪዎች በTOPCon ሴል ውስጥ በSiOx ንብርብር ውስጥ የተወሰኑ "ቀዳዳዎችን" ሆን ብለው መተው ቅልጥፍናን ወደ ታች ከማውረድ ይልቅ ወደ 26.55% ከፍ ማድረግ እንደሚችል ደርሰውበታል።
ቁልፍ ግኝቱ፡ በዋሻ ኦክሳይድ ውስጥ ያሉት ፒንሆሎች በሁለት ቤተሰቦች ይከፈላሉ። አንደኛው የመገጣጠም አይነት (ኦክስጅን የቀነሰበት፣ ፖሊ-ሲ በቀጥታ ሲ-ሲን የሚነካበት፣ መጥፎ) ሲሆን ሌላኛው ደግሞ የማለፍ አይነት (ቀሪ ኦክስጅን የሚቆይበት፣ የተንጠለጠሉ ቦንዶችን የሚያልፍ እና አሁንም ዋሻ እንዲፈጠር የሚፈቅድ፣ ጥሩ) ነው። የማለፍ አይነቱ በመስቀለኛ ክፍል 1.6 ± 0.2 nm × 1.4 ± 0.3 nm ይለካል፣ የቦታ ጥግግቱም 2 × 10¹² cm⁻² ነው። የፊሸር ሞዴል እንዳሳየው የመሳሪያ አፈጻጸምን የሚወስነው የፒንሆል ጂኦሜትሪ ሳይሆን ፒንሆሉ የተላለፈ መሆን አለመሆኑ ነው።
ማጣቀሻ፡ ለትልቅ ቦታ እና ከፍተኛ ብቃት ያለው የሲሊኮን የፀሐይ ሴሎች የዋሻ ኦክሳይድ የተላለፈ ግንኙነት ያላቸው ፒንሆሎችን ማለፍ፣ Nat Commun 17፣ 2490 (2026)። https://doi.org/10.1038/s41467-026-70511-2
የምርምር ዳራ እና የተጣበቀው ችግር
TOPCon አሁን ለ n-አይነት ሲሊኮን ዋናው ቴክኖሎጂ ነው። Runergy በ335 cm² ላይ 26.55% ደርሷል፣ Jinko TOPCon ን ከፔሮቭስኪት ጋር በማጣመር ወደ 33.24% ከፍ አድርጓል፣ እና ነጠላ-ጎን n-TOPCon የ27.79% የንድፈ ሃሳብ ጣሪያ አለው። ነገር ግን በዚያ የመገናኛ ሲኦክስ ንብርብር ውስጥ ያሉት ፒንሆሎች ምን ሚና እንደሚጫወቱ ማንም በትክክል አልወሰነም።
ባህላዊ አመለካከት፡ ፒንሆል ማለት ፖሊ-ሲ በቀጥታ ወደ ሲ-ሲ ይወጋል፣ የኦክስጅን ማለፍ ይሳካል፣ መጥፎ ዜና ነው።
እውነታው የበለጠ የተወሳሰበ ነው። ኦክሳይድ በጣም ወፍራም (>1.7 nm) በደንብ ያስተላልፋል ነገር ግን ደካማ ዋሻ ያደርጋል፣ ስለዚህ FF ይወድቃል። ኦክሳይድ በጣም ቀጭን (<1.3 nm) ማለት ብዙ ፒንሆሎች አሉ፣ እና አሁን ስለ Voc መውደቅ ያስጨንቃል።
ደራሲዎቹ የኦክሳይድ ውፍረት እና የኦክስጅን ስርጭትን በሶስት ጉዳዮች ከፋፍለዋል (የመግቢያ ክፍል)፦
ጉዳይ 1፡ ወፍራም ኦክሳይድ፣ ማስተላለፍ ጥሩ፣ ዋሻ ማድረግ ጥሩ አይደለም
ጉዳይ 2፡ ቀጭን ኦክሳይድ እና የኦክስጅን መሟጠጥ፣ ይህም የመልሶ ማጣመር አይነት ፒንሆሎችን ይሰጣል (ክላሲክ "መጥፎ ፒንሆል")
ጉዳይ 3፡ ቀጭን ኦክሳይድ ግን ኦክስጅን አሁንም ወደ ፒንሆል ውስጥ ዘልቆ ይገባል፣ ይህም የማስተላለፍ አይነት ፒንሆሎችን ይሰጣል (እዚህ አዲስ ግኝት)
ከዚህ በፊት፣ የHR-TEM ጥራት ከ2 nm በታች ያሉ ባህሪያትን ለማየት በቂ አልነበረም። ጽሑፎች ከ5 nm እስከ 200 nm የፒንሆል ዲያሜትሮች እና ከ10⁶ እስከ 10⁸ ሴሜ⁻² የሆነ ጥግግት ዘግበዋል፣ እነዚህ ሁሉ "ትላልቅ ቀዳዳዎች" ብቻ ነበሩ። መራጭ ኢቺንግ እና c-AFM በሲሊከን እና በሲኦክስ መካከል ባለው የኢቺንግ ፍጥነት ልዩነት ላይ ይመረኮዛሉ፣ ስለዚህ ቀሪ ኦክስጅን ያላቸው ክልሎች በቀላሉ አይከፈቱም። የማስተላለፍ ፒንሆሎች በተፈጥሮ በእነዚህ ዘዴዎች ተጣርተዋል። ለዚህም ነው ጉዳይ 3 ለረጅም ጊዜ ያልታየው።
ዘዴ፡ ሁለት ዓይነት ፒንሆሎች (ስእል 2)
ከፍተኛ ብቃት ያለው ዌፈር (25.40%) እና ዝቅተኛ ብቃት ያለው ቁጥጥር (24.07%) ላይ ያለውን የ poly-Si/SiOx/c-Si መገናኛን በ Aberration-corrected HAADF-STEM (JEM ARM200F plus Spectra 300, 200/300 kV) ተቃኝቷል።
| አይነት | የኦክስጅን ሁኔታ | መጠን (ከፍተኛ/ዝቅተኛ ብቃት) | EELS O-K ጠርዝ |
|---|---|---|---|
| ዳግም ውህደት | ኦክስጅን የቀነሰ፣ poly/c-Si ላቲስ በቀጥታ ተቀላቅሏል | ዝቅተኛ ብቃት ዌፈር ~1.37 × 1.35 nm | ጥልቅ የኦክስጅን ሸለቆ |
| ማለፍ | ቀሪ ኦክስጅን አለ፣ የተንጠለጠሉ ቦንዶች ተላልፈዋል | ከፍተኛ ብቃት ዌፈር 1.55 × 1.25 nm | የኦክስጅን ሲግናል አሁንም ይታያል፣ ጥልቀት የሌለው የኦክስጅን ሸለቆ |
ቁልፍ ነጥብ፡ በከፍተኛ ብቃት ዌፈር ላይ ያሉት ፒንሆሎች በእውነቱ አነስተኛናቸው፣ እና ኦክስጅንን በተሻለ ሁኔታ ይይዛሉ። ሁሉም መጠኖች ከቀደምት ጽሑፎች ከተዘገበው በአንድ ቅደም ተከተል ያነሱ ናቸው።
የ Fischer ነጥብ-ንክኪ ሞዴል ውጤቶች (በመጀመሪያው ላይ ምስል 3d)፡
የፒንሆል አካባቢ ክፍልፋይ f = πr²/P²፣ ነገር ግን J₀ በ f ላይ ስሜታዊ አይደለም። በእውነቱ የሚቆጣጠረው በፒንሆል ላይ ያለው የገጽታ ዳግም ውህደት ፍጥነት S ነው።
በ f ≈ 0.1 አካባቢ፣ S ≳ 10³ ሴሜ/ሰ ከሆነ፣ J₀ በከፍተኛ ሁኔታ ይወጣል፣ እና ከ S > 10⁵ ሴሜ/ሰ በላይ ሲሆን ይረካል።
ትርጉሙ፡ ለከፍተኛ አፈጻጸም ቁልፉ "ዜሮ ፒንሆል" አይደለም፣ ነገር ግን "የተሸፈኑ ፒንሆሎች" ነው። ይህ የጠቅላላው ወረቀት ትልቁ ድምቀት ነው።
በጥግግት ላይ፣ ይህ ትንሽ አብዮት ነው። በ40 ዋፈሮች (ከፍተኛ እና ዝቅተኛ ቅልጥፍና) ላይ በ X-Y ኦርቶጎናል ቁርጥራጭ የተገኙ ስታቲስቲክስ ለማሸጊያ ፒንሆሎች 2 × 10¹² ሴሜ⁻² እና ለዳግም ውህደት ፒንሆሎች 3 × 10¹² ሴሜ⁻² ሰጥቷል፣ ይህም ከሥነ-ጽሑፍ እሴቶች ከ4 እስከ 6 የቁጥር ቅደም ተከተሎች ከፍ ያለ ነው።
ሦስት ምክንያቶች ተደራርበዋል፡ በመጀመሪያ፣ ጽንሰ-ሀሳቡ ተለውጧል፣ ስለዚህ ቀደም ሲል የተጣሩ የማሸጊያ ናኖዶሳዎች የሚታዩ ሆኑ፤ በሁለተኛ ደረጃ፣ ናሙናዎቹ ከ25% በላይ የሆኑ በኢንዱስትሪ የተመቻቹ ዋፈሮች እንጂ የሙከራ መዋቅሮች አይደሉም፤ በሦስተኛ ደረጃ፣ ዘዴው አቶሚክ-ደረጃ HAADF ነው፣ እና ቀጥተኛ ያልሆኑ አቀራረቦች ከ2 nm በታች የሆነውን ኦክስጅን የያዘውን ክልል ማየት አይችሉም። ከ50 እስከ 150 nm ውፍረት ባላቸው TEM ናሙናዎች ውስጥ በጨረር አቅጣጫ ላይ ያለውን መደራረብ ለመከላከል፣ ደራሲዎቹ በውፍረት አቅጣጫ በ4D-STEM ፕሳይኮግራፊ ደግፈዋል፣ ይህም የጥግግት ስታቲስቲክስ በፕሮጀክሽን መደራረብ እንዳልተዛባ ያረጋግጣል።
የሂደት ማረፊያ ነጥብ፡ ሁለት-ደረጃ ኦክሳይድ እና የኋላ ፖሊሽ እና ፖሊ ሶስትዮሽ ትስስር
ከመጀመሪያዎቹ ዘዴዎች እና SI (ማሟያ ሰንጠረዥ 1) የተገኙ ተለዋዋጮች፡
ሁለት-ደረጃ ኦክሳይድ፡ መጀመሪያ O₂ ኦክሳይድ ወደ ቀጭን SiO₂፣ ከዚያም ኦክስጅን የሚጎድልበት ደረጃ (ኦክስጅን አልተመገበም)። የሚያልፍ አይነት ረዘም ያለ የኦክስጅን ፍሰት ጊዜ፣ ከፍተኛ ሙቀት፣ ትልቅ ፍሰት እና ከፍተኛ ግፊት ይፈልጋል፣ ይህም ወጥ እና ጥቅጥቅ ያለ ኦክሳይድን ይደግፋል።
POCl₃ ስርጭት፡ ዝቅተኛ የማስቀመጫ ሙቀት እና አጭር ጊዜ የፖሊ ክሪስታላይዜሽን ያሻሽላል እና የመልሶ ማጣመር አይነት ፒንሆሎችን ያስወግዳል።
የኋላ ፖሊሽ ሞርፎሎጂ ከኦክሳይድ ውፍረት ወጥነት በላይ ነው። ሁሉም ሶስቱ አንድ ላይ ተስተካክለው ጉዳይ 3 ን በተረጋጋ ሁኔታ ማምረት አለባቸው።
የአፈጻጸም ንጽጽር (ምስል 4 ጠንካራ ውሂብ)
ሲሜትሪክ ባለ ሁለት ጎን ፖሊ-Si/SiOx ናሙናዎች (n-Si 1–3 Ω·cm፣ ባለ ሁለት ጎን ፖሊሽ)፡
τeff: 8.9 ms ከፍተኛ ብቃት ከ 2.96 ms ቁጥጥር ጋር (መርፌ 5×10¹⁵ cm⁻³)
J₀: 2.6 ከ 10.6 fA/cm² ጋር
ΔVoc የሚለካው በ15.9 mV ነው፣ ነገር ግን የJ₀ ልዩነት ብቻ ~11 mV ያብራራል። የቀረው ~5 mV ደራሲዎቹ ለተሻሻለው የጅምላ SRH የህይወት ዘመን ይሰጣሉ። የተመቻቸ ማቃጠል፣ የሚያልፉ ቀዳዳዎችን በሚፈጥርበት ጊዜ፣ የብረት ቆሻሻዎችን ያስወግዳል (የKrügener 25% POLO ስራን በመጥቀስ)። ሁለቱንም በይነገጽ እና ጅምላ በአንድ ላይ ማስተካከል 25% ን ለማለፍ የምግብ አዘገጃጀት ነው።
ለFF፣ ልዩነቱ በዋናነት ከRs ነው፦
Rs፦ 357 (ከፍተኛ ብቃት) ከ 619 mΩ·cm² (ቁጥጥር) ጋር፣ Suns-Voc የተለካ
ρc (TLM)፦ 4.6 ከ 5.4 mΩ·cm² ጋር
አስገራሚው ነጥብ፦ "ጥቅጥቅ ያሉ ቀዳዳዎች ρc ን ዝቅ ያደርጋሉ" በሚለው አመክንዮ፣ ከፍተኛ ብቃት ባለው ዋፈር ላይ ያሉ ተጨማሪ የሚያልፉ ቀዳዳዎች ዝቅተኛ ρc ማለት ነው፣ እና በእርግጥ 4.6 < 5.4 ነው። ነገር ግን ደራሲዎቹ አንድ ጠመዝማዛ ይጨምራሉ። ከዳግም ውህደት አይነት ቀዳዳዎች አጠገብ፣ ፎስፈረስ ወደ ዋፈሩ ውስጥ ይሰራጫል፣ የሚያልፉ አይነቶች ደግሞ በኦክስጅን ይታገዳሉ (በተጨማሪ ምስል 10 ውስጥ ያለው EDS ዶፒንግ ፕሮፋይል)። ስለዚህ የዶፒንግ ፕሮፋይል እና የግንኙነት መቋቋም ሁለት የተለያዩ አመክንዮዎችን ይከተላሉ፣ እና በቀዳዳ ጥግግት ብቻ ማስረዳት አይችሉም።
PL በሙሉ ዋፈሩ ላይ አንድ አይነት ነበር፣ እና የCorescan የVoc ስርጭት ካርታ ለትልቅ ቦታ ወጥነትም ይይዛል።
ለኢንዱስትሪው አንድ መስመር
ይህ ወረቀት የTOPCon በይነገጽን ከሁለትዮሽ ታሪክ ("ያልተበላሸ ኦክሳይድ እና የፒንሆል ፍሳሽ") ወደ ሶስትዮሽ ታሪክ ያሸጋግረዋል፡ "ፒንሆሎች ኦክስጅን እስካለ ድረስ ጥሩ ሊሆኑ ይችላሉ"። ኢንዱስትሪው ቀጥሎ ማድረግ ያለበት በዜሮ ፒንሆሎች ላይ መጨነቅ ሳይሆን፣ የኋላ ፖሊሽን፣ ኦክሳይድ እና ፖሊ ዴፖዚሽን ሰንሰለትን ማስተካከል ነው፣ ይህም ፒንሆሎች ኦክስጅን እንዲሸከሙ ያደርጋል። የዳሄንግ ዋፈር በ333.3 ሴ.ሜ² ላይ 25.40% ደርሶ መንገዱ የሚሰራ መሆኑን አረጋግጧል።
የOoitech እይታ
እዚህ ላይ የሚያስደንቀን ይህ ሁሉ በሂደቱ ሰንሰለት ላይ የተመሰረተ እንጂ በሴል ዲዛይን ብቻ ላይ አለመሆኑ ነው። ያ ሁለት-ደረጃ ኦክሳይድ፣ POCl₃ ማስተካከያ እና የኋላ ፖሊሽን ሁሉም አብረው መንቀሳቀስ አለባቸው ማለት በትክክል አንድ መስመር በቁራጭ ሲገጣጠም የሚጠፋው የትስስር አይነት ነው። በሞዱል በኩል ደግሞ ተመሳሳይ ንድፍ እናያለን፣ የላሚኔሽን እና የስትሪንግ መቻቻል ጥሩ ሴል Voc እንዲይዝ በፀጥታ የሚወስኑበት። እነዚህ በይነገጽ-ስሱ ሂደቶች ወደ እውነተኛ የምርት ወለል እንዴት እንደሚተረጎሙ በዝርዝር ለማየት ከፈለጉ፣ በYouTube ላይ ያሉት የፋብሪካ ጉብኝታችን (www.youtube.com/ooitech) ለመመዝገብ የሚገባ ነው።
