SiNx በጣም ቀጭን ከሆነ እና የብር ፓስታ በፖሊ ንብርብር ውስጥ ዘልቆ የሚገባ ከሆነ፣ በጣም ወፍራም ከሆነ ደግሞ የግንኙነት መቋቋም 600x ይዘላል፡ ISFH መፍትሄ ያመለክታል
የምርት መግቢያ
ማንኛውም ሰው የTOPCon ሂደት መስመርን የሚያስኬድ ይህን ችግር አጋጥሞታል። ሲኒክስን በጣም ቀጭን ብትሸፍኑ የብር ፓስታ የመከላከያ ሽፋኑን እንደሚያቃጥል እና Voc እንደሚቀንስ ያስጨንቃል። በጣም ወፍራም ብትሸፍኑ ደግሞ የእውቂያ መቋቋም ይጨምራል፣ እና FF መቆየት አይችልም። ቀጭን ያስፈራል፣ ወፍራምም ያስፈራል — ታዲያ "በትክክል" ምን ያህል ውፍረት ነው?
በ2022፣ የሚን ቢዩንግሱል ቡድን በISFH (የሃሜሊን የፀሐይ ኃይል ምርምር ተቋም፣ ጀርመን) በAIP ኮንፈረንስ ፕሮሲዲንግስ ላይ የታተመ ጥናት ይህንን ችግር ለይቶ አሳይቷል። እነሱ ተጠቅመዋል POLO ፓሲቬቲንግ ኮንታክቶች — ኢንዱስትሪው TOPCon ብሎ የሚጠራው አካዳሚያዊ ስም፣ በመሠረቱ እጅግ ቀጭን ኦክሳይድ እና ዶፕ የተደረገ ፖሊሲሊከን ፖሊ-ሲ/ሲኦክስ መዋቅር — በእውነቱ ምን እየተከሰተ እንዳለ ለማግለል።
ዋናው መደምደሚያ ውስብስብ አይደለም፡ የSiNx ውፍረት እና የማቃጠል ሙቀት የተጣመሩ ናቸው። ውፍረቱን ቀይረው ሙቀቱን ማስተካከል አለብዎት። አንዱን ሳያንቀሳቅሱ ሌላውን ካንቀሳቀሱ ወይም Voc ይወርዳል ወይም FF ይወድቃል።
ቴክኒካል መለኪያዎች
ሙከራው እንዴት እንደተዘጋጀ
ISFH ተጠቅሟል p-አይነት CZ ዋፈር፣ ከ n⁺ POLO ኮንታክት በሴሉ ጀርባ (ዋሻ ኦክሳይድ እና ፎስፈረስ ዶፕ የተደረገ ፖሊሲሊከን)።
ሁለቱ ቁልፍ ተለዋዋጮች፡
የኋላ SiNx መሸፈኛ ውፍረት — ከ40nm እስከ 80nm
ከፍተኛ የማቃጠል ሙቀት — በ790°C እና 810°C መካከል ተስተካክሏል
ከዚያም ሁለት ነገሮችን ለካ፡ የእውቂያ መቋቋም ρc (በTLM) እና የሴል IV መለኪያዎች.
ቀደም ሲል በ2016 የJA Solar ወረቀት ላይ እንዴት ኬሚካላዊ ቅንብር (Si/N ጥምርታ) የ የፊት-ጎን SiNx ፀረ-ነጸብራቅ ፊልም በብር ፓስታ እውቂያ ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ተመልክተናል። ይህ የ2022 ISFH ሥራ እንዴት አካላዊ ውፍረት የ የኋላ-ጎን SiNx መከለያ በብር ፓስታ እውቂያ ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ይመለከታል። ሁለቱን አንድ ላይ ካዋሃዱ ሁለቱንም ልኬቶች ይሸፍናሉ — "ኬሚካላዊ ቅንብር" እና "አካላዊ ውፍረት"፣ የፊት ፊልም እና የኋላ ፊልም።
ሁሉም ናሙናዎች በ800°C ተቃጥለዋል፣ የኋላ SiNx ውፍረት ብቻ ተለያይቷል
| የSiNx ውፍረት | መካከለኛ ρc (800°C) | ሁኔታ |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | በጣም ዝቅተኛ |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | መነሳት ጀመረ |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | በግልጽ እየጨመረ |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | የሽግግር ዞን፣ ከፍተኛ ዝንባሌ |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | ከ40nm ጋር ሲነጻጸር በ600 እጥፍ የሚጠጋ ከፍ ያለ |
በ55nm እና 60nm ናሙናዎች ላይ የሙቀት መጠን ቃኝ
| ሁኔታ | መካከለኛ ρc |
|---|---|
| 55nm SiNx + 800°C | 3.2 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 805°C | 2.8 mΩ·cm² |
| 60nm SiNx + 810°C | 2.0 mΩ·cm² |
ቴክኒካል ጥቅሞች
የመጀመሪያ ግኝት፡ በጣም ወፍራም ከሆነ ፓስቱ ውስጥ መግባት አይችልም
ሁሉም ናሙናዎች የተቃጠሉት በ 800°C ከፍተኛ፣ የኋላውን SiNx የሽፋን ውፍረት ብቻ በመቀየር። ከላይ ካለው ሰንጠረዥ ስርዓቱ ግልጽ ነው — በማቃጠል ጊዜ ፓስቱ ሊያቃጥለው የሚችለው የ SiNx መጠን ውስን ነው። ያንን ገደብ አልፈው ፓስቱ ከታች ወዳለው ፖሊሲሊከን አይደርስም፣ ስለዚህ የግንኙነት መቋቋም ይጨምራል።
የ SEM ምስሎች ቀጥተኛ ማስረጃ ይሰጣሉ፡
40nm SiNxፓስቱ ሁለቱንም SiNx እና ፖሊሲሊከን ሙሉ በሙሉ አቃጥሏል፣ ብዙ ማይክሮን-ልኬት የኢትች ጉድጓዶች በፖሊው ላይ ትቷል። ፖሊሲሊከኑ በአካባቢው ሙሉ በሙሉ ተወግዷል — ጥሩ ግንኙነት፣ ነገር ግን የመከላከያ ሽፋኑ ተጎድቷል።
80nm SiNxበጣም ጥቂት ትናንሽ የኢትች ጉድጓዶች ብቻ፣ ፖሊው ሙሉ በሙሉ የተወገደባቸው ክልሎች የሉም — መከላከያው ተጠብቋል፣ ነገር ግን የግንኙነት መቋቋም በ600x ገደማ (ወደ 2.8 የመጠን ቅደም ተከተሎች) ከፍ ያለ ነበር፣ እና FF በመሠረቱ ተበላሽቷል።
የ ISFH መደምደሚያ ግልጽ ነው፡ በ50 እና 60nm መካከል የሆነ ተስማሚ የ SiNx መስኮት አለ። በጣም ቀጭን ከሆነ፣ ፓስቱ በመከላከያው ውስጥ ዘልቆ ይገባል እና Voc ይቀንሳል። በጣም ወፍራም ከሆነ፣ ፓስቱ ማለፍ አይችልም እና የግንኙነት መቋቋም ይበርራል።
ሁለተኛ ግኝት፡ ውፍረት እና የሙቀት መጠን የተጣመሩ ናቸው
ISFH "50-60nm ምርጥ ነው" ብሎ አላቆመም። የበለጠ ተግባራዊ የሆነ የሱቅ ወለል ጥያቄ ጠየቁ፡ የSiNx ውፍረት ከተቀየረ፣ የማቃጠያ ሙቀትም መቀየር ያስፈልገዋል?
እነሱ መረጡ 55nm እና 60nm ቡድኖችን እና የሙቀት ቅኝት ከ 790°C እስከ 810°C.
ውጤቱ በጣም ግልጽ ነው፡
55nm SiNx፡ FF ከፍተኛው ላይ ነው 800°C፣ በዚያ ላይ ምርጥ ቅልጥፍና። ወደ ታች ከሄዱ ንክኪው በቂ አይደለም፤ ወደ ላይ ከሄዱ ደግሞ ፓሲቬሽን መቀነስ ይጀምራል።
60nm SiNx፡ FF ከፍተኛው ላይ ነው 805-810°C። ምክንያቱም SiNx ወፍራም ስለሆነ፣ ፓስቱ በውስጡ እንዲቃጠል ከፍተኛ ሙቀት ያስፈልገዋል።
በቀላል የመስመር ቃላት፡ በእነዚህ የሙከራ ሁኔታዎች ውስጥ፣ ከ55nm ወደ 60nm መሄድ ጥሩውን የማቃጠያ ሙቀት በ5-10°C ያህል ይጨምረዋል። ያ ተዳፋት ለተመሳሳይ የፓስት ስርዓት ብቻ ማጣቀሻ ነው — ፓስቱን ከቀየሩ እንደገና ማስተካከል ያስፈልግዎታል።
የእውቂያ መቋቋም መረጃም ይህንን ይደግፋል፡ ከፍተኛ ሙቀት፣ የተሻለ እውቂያ — የማለፊያውን ሽፋን ማቃጠል የሚጀምሩበትን መስመር እስካላለፉ ድረስ።
ዘዴው፡ የኢች ጉድጓድ መጠን ቁልፍ ነው
ISFH በSEM በመጠቀም በጣም ግልጽ የሆነ መስፈርት አውጥቷል፡
ከ1μm ዲያሜትር የሚበልጡ ጉድጓዶችፖሊ ሙሉ በሙሉ ተወግዷል፣ ማለፊያ ተጎድቷል → Voc ይቀንሳል
ከ1μm ዲያሜትር ያነሱ ጉድጓዶችፖሊ ሙሉ በሙሉ አልተወገደም፣ ማለፊያ ሳይጎዳ ይቀራል → የእውቂያ መቋቋም ይቀንሳል፣ Voc አይለወጥም
ISFH በቀጥታ አስቀምጦታል፡ "ጥሩ እውቂያ ለመፍጠር የተወሰነ ቁጥር ያላቸው አነስተኛ መጠን ያላቸው የኢች ጉድጓዶች አስፈላጊ ናቸው። ከ1μm ዲያሜትር በታች ያሉ የኢች ጉድጓዶች በማለፊያ ጥራት ላይ ምንም ተጽእኖ የሌላቸው ይመስላል።"
የመስመር መስፈርትየኢች ጉድጓዶች ጥቂት መሆን የተሻለ አይደለም፣ እና ብዙ መሆንም የተሻለ አይደለም — ዒላማው አነስተኛ መጠን፣ መካከለኛ ስርጭትነው። በአጉሊ መነጽር ስር ብዙ ከ1μm በላይ የሆኑ ጉድጓዶች ካዩ፣ ሙቀቱ በጣም ከፍተኛ ነው ወይም SiNx በጣም ቀጭን ነው፣ እና ማለፊያው ቀድሞውኑ ጉዳት እየደረሰበት ነው።
የምርት አተገባበር
የምርት መስመር በትክክል ምን መጠቀም ይችላል?
1. የ SiNx ውፍረት ቀጭን ቢሆን የተሻለ አይደለም፣ እና ወፍራም ቢሆንም የተሻለ አይደለም። ከ 40nm በታች ሲሆን፣ ፓስቱ በፓሲቬሽን ውስጥ ያቃጥላል እና Voc ይቀንሳል፤ ከ 80nm በላይ ሲሆን፣ ፓስቱ ውስጥ መግባት አይችልም እና የግንኙነት መቋቋም በ 600x ገደማ ይጨምራል።
2. ውፍረት እና የሙቀት መጠን የተጣመሩ ናቸው። የ SiNx ውፍረት ሲቀየር የማቃጠል ሙቀት መጠንም መቀየር አለበት። የ ISFH መረጃ ማጣቀሻ ይሰጣል — በእነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ፣ እያንዳንዱ ተጨማሪ 5nm የ SiNx የከፍተኛ ሙቀት መጠንን በ 5-10°C ገደማ ያሳድጋል — ነገር ግን ፓስቶችን ከቀየሩ በኋላ እንደገና ያስተካክሉ።
3. የኢትች ጉድጓዶች የ"መስኮት" አመላካች ናቸው። የጉድጓዶቹን መጠን እና ጥግግት በ SEM ይመልከቱ እና የአሁኑ የውፍረት-ሙቀት ጥምረት በመስኮቱ ውስጥ መሆኑን መወሰን ይችላሉ። ብዙ >1μm ጉድጓዶች → በጣም ሞቃት ወይም ፊልሙ በጣም ቀጭን ነው፤ ምንም ጉድጓዶች ከሌሉ ማለት ይቻላል → በጣም ቀዝቃዛ ወይም ፊልሙ በጣም ወፍራም ነው፣ ግንኙነቱ ችግር ሊሆን ይችላል።
4. የኋላ ፊልም ውፍረት የመልክ ምርትን እና የፓስት ምርጫንም ይቆጣጠራል። ከላይ ያሉት ሦስቱ ነጥቦች ውፍረት በእውቂያ መቋቋም እና በFF ላይ በፓስቱ በማቃጠል ወይም ባለማቃጠል እንዴት ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ያብራራሉ። ነገር ግን በመስመሩ ላይ፣ የኋላ SiNx ውፍረት ከኤሌክትሪክ አፈጻጸም በላይ ብዙ ነገሮችን ይቆጣጠራል።
በእውነተኛ የጅምላ ምርት ውስጥ፣ የኋላ SiNx በተለምዶ በ 70-85nm ክልል ውስጥ ይቆጣጠራል — ከ ISFH ወረቀት ውስጥ ካለው የ50-60nm "የእውቂያ ምርጥ" ወፍራም። ምክንያቱ ቀላል ነው፡ ወረቀቱ ለተወሰነው የPOLO መዋቅር እና ለተወሰነ ፓስት ንጹህ የእውቂያ ምርጥ ሁኔታን ሲለካ፣ የምርት መስመር ደግሞ ፓሲቬሽን፣ እውቂያ እና የቀለም ወጥነት በአንድ ጊዜ ማመጣጠን ስላለበት ወፍራም እና የበለጠ የተረጋጋ ክልል ይመርጣል። በተጨማሪም፣ የንግድ መስመር ፓስቶች ከ ISFH የላብራቶሪ ፓስት የተለየ የብርጭቆ-ፍሪት ስርዓት ይጠቀማሉ፣ ስለዚህ ሊቃጠል የሚችል የSiNx ውፍረት መስኮትም ይለያያል።
ውፍረቱን ይቀይሩ እና የማጣቀሻ ኢንዴክሱ ይቀየራል፣ እና የፊልሙ የጣልቃ ገብነት ቀለም ከእሱ ጋር ይቀየራል። በጣም ቀጭን ወይም በጣም ወፍራም ከሆነ ዋፈሮቹ ያሳያሉ የቀለም ልዩነት፣ ከቀለም ውጪ እና ተመሳሳይ የመልክ ዝቅጠቶች በቀጥታ የመልክ ምርትን ይቀንሳሉ። ይህ ደግሞ በፓስት አምራቹ ላይ ጠንካራ መስፈርት ያስቀምጣል፡ ፓስቱ ከኋላ ፊልም ሂደት መስኮት ጋር መዛመድ አለበት, የኋላ ፊልሙን አንድ የተወሰነ ፓስት እንዲያስተናግድ አታስገድድ። ውፍረት እና የሙቀት መጠን መጣመር አለባቸው፣ እንዲሁም ፓስት እና ፊልም ውፍረት መጣመር አለባቸው — መስመሩ ስርዓት ነው፣ ነጠላ ነጥብ ማስተካከያ አይደለም።
ወረቀቱ ያልተናገራቸው ሦስት ነገሮች
በPOLO እና TOPCon መካከል ያለው ግንኙነት። ISFH የተጠቀመበት POLO እውቂያ በመሠረቱ እጅግ ቀጭን ኦክሳይድ እና ዶፕድ ፖሊሲሊከን (poly-Si/SiOx) ነው፣ በመሠረቱ ከዛሬው TOPCon የኋላ መዋቅር ጋር ተመሳሳይ ነው፣ ስለዚህ ድምዳሜዎቹ በቀጥታ ይተላለፋሉ። POLO ISFH ያቀረበው የአካዳሚክ ስም ነው፤ TOPCon የኢንዱስትሪ ደረጃ ቃል ነው፤ በመሠረቱ ተመሳሳይ መዋቅር ነው።
የፓስት ሞዴል የመግባት ጥልቀት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። የተለያዩ ፓስቶች የተለያዩ የብርጭቆ-ፍሪት ቅንብሮች አሏቸው እና የተለያዩ የSiNx ውፍረቶችን ማቃጠል ይችላሉ። ISFH 50-60nm በአንድ የተወሰነ ፓስት ላይ የተመሠረተ ነው — ፓስቶችን ቀይር እና እንደገና ማስተካከል ሊኖርብህ ይችላል።
የረጅም ጊዜ አስተማማኝነት አልተሸፈነም። ትናንሽ የእሳተ ጉድጓዶች በ25 ዓመታት የውጭ እርጅና ወቅት ወደ ትላልቅ ይበቅላሉ? በእርጥብ ሙቀት ስር መገናኛው የበለጠ ይበላሻል? ወረቀቱ አይመልስም።
ከJA Solar 2016 ጋር አብሮ ማንበብ
| ልኬት | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| መተግበሪያ | የፊት SiNx ፀረ-ነጸብራቅ ፊልም (ARC) | የኋላ SiNx መሸፈኛ ንብርብር |
| ትኩረት | የ SiNx ኬሚካላዊ ቅንብር (Si/N ጥምርታ) | የ SiNx አካላዊ ውፍረት |
| ዋና ተለዋዋጭ | SiH₄/NH₃ ጋዝ ጥምርታ | SiNx ውፍረት + የማቃጠል ሙቀት |
| ውድቀት ዘዴ | ከ Si/N ጥምርታ ውጪ → የፍሪት ስኒነት አለመመጣጠን → ከፍተኛ የግንኙነት መቋቋም | የተሳሳተ ውፍረት → ማቃጠል ወይም አለመቃጠል |
| የማስተካከያ አቅጣጫ | የጋዝ ጥምርታውን ወደ ተመራጭ መስኮት ያስተካክሉ | ውፍረት እና ሙቀትን ያጣምሩ |
| የጋራ ዘዴ | የፍሪት-SiNx ምላሽ ኪነቲክስ የግንኙነት ጥራትን ይወስናል | የፍሪት-SiNx ዘልቆ መግባት ጥልቀት የግንኙነት ጥራትን ይወስናል |
ሁለቱን ወረቀቶች ጎን ለጎን አስቀምጡ እና የፊት-ፊልም እና የኋላ-ፊልም ሂደት ሙሉ ምስል ያገኛሉ፡ ኬሚካላዊ ቅንብር በደንብ መገናኘት ይችሉ እንደሆነ ይወስናል፣ አካላዊ ውፍረት በሚገናኙበት ጊዜ ከስር ያለውን ይጎዳሉ እንደሆነ ይወስናል።
የሲ/ኤን ሬሾ እና የRs ስፓይኮችን ሲያስተካክሉ፣ ኤፍኤፍ ይወድቃል፣ ቅልጥፍና ይቀንሳል
ለመስመሩ ማስታወሻ፡ የቅልጥፍና መቀነስን ሲፈልጉ ፖሊውን ብቻ አትመልከቱ
ሁለቱም ወረቀቶች ከተጠናቀቁ በኋላ፣ ወደ ራሳችን መስመር እንመለሳለን። የቅልጥፍና መቀነስን ሲከታተሉ፣ መሐንዲስ በመጀመሪያ የኋላ ፖሊ ውፍረት፣ ዶፒንግ ደረጃ፣ የዋሻ ኦክሳይድ ውፍረት ያረጋግጣል — በኤፍኤፍ እና በቪኦሲ ላይ ያላቸው ተጽእኖ በሚገባ የተረዳ እና እነዚህ መደበኛ የምርመራ ነጥቦች ናቸው። ነገር ግን የኋላ ሲኤንኤክስ መከላከያ ሽፋን ብዙውን ጊዜ እንደ "ፓሲቬሽን/ውበት ሽፋን" ተደርጎ ይታለፋል፣ እና ጥቂት ሰዎች ከእውቂያ መቋቋም አንጻር ያስቡታል።
የዚህ አይኤስኤፍኤች ወረቀት ዋጋ በትክክል ይህን ችላ የተባለ ተለዋዋጭ ወደ ጠረጴዛው መመለሱ ነው፡ የተሳሳተ የኋላ ፊልም ውፍረት፣ ፓስቱ አይቃጣም ወይም ያቃጥላል፣ እና ኤፍኤፍ በተመሳሳይ መልኩ ይወድቃል። በሚቀጥለው ጊዜ "የፖሊ መለኪያዎች ሳይነኩ ሲቀሩ፣ ኤፍኤፍ በሚስጥር ወድቋል" የሚል ሁኔታ ሲያጋጥምዎት፣ በፖሊ ዙሪያ ብቻ አይዙሩ — ተመልሰው የኋላ ፊልም ውፍረት እና የማቃጠያ ሙቀት አሁንም ይጣጣሙ እንደሆነ ያረጋግጡ።
ልብ ሊባል የሚገባው፡ የISFH ሙከራ በተለመደው ማቃጠል ላይ የተመሰረተ ነው። አሁን በመስመሮች ላይ በስፋት ተቀባይነት ያገኘው የLECO ቴክኖሎጂ በሚቀጥለው የሌዘር/የኤሌክትሪክ ሂደት አማካኝነት ግንኙነትን ማሻሻል ይችላል፣ ይህም ለማቃጠል-ሙቀት-ውፍረት ጥምረት ያለውን ስሜት በተወሰነ ደረጃ ይቀንሳል — ነገር ግን የኋላ ፊልም ውፍረት አሁንም መሰረታዊ መስኮት ነው እና ችላ ሊባል አይችልም።
የOoitech እይታ
በምንሰራው እያንዳንዱ TOPCon መስመር ላይ ተመሳሳይ ነገር እናያለን — የኋላ SiNx መሸፈኛ እንደ ቀለም ፊልም ብቻ ይታከማል፣ ከዚያም FF ዝም ብሎ ይንሸራተታል እና የውፍረት-ሙቀት ጥምረትን የሚፈትሽ ሰው የለም። የISFH መረጃ ሰዎችን ወደ LECO ከሚገፋው ጋር ይጣጣማል፣ ምክንያቱም የግንኙነት መፈጠርን ከማቃጠል ደረጃ መለየት የእርስዎ የፓስታ ፍሪት ኬሚስትሪ እና የኋላ ፊልም መስኮት ሙሉ በሙሉ በማይስማሙበት ጊዜ እውነተኛ ህዳግ ይሰጣል። እነዚህ ደረጃዎች በእውነተኛ ሞጁል መስመር ላይ እንዴት እንደሚሰሩ ለማየት ከፈለጉ — ሽፋን፣ ማቃጠል፣ ማገናኘት እና ሁሉም — የOoitech YouTube ቻናል በ www.youtube.com/ooitech መከተል ተገቢ ነው። እና ይህ የሴል ደረጃ ጥናት መሆኑን ያስታውሱ፤ የሞጁል መስመሩ እነዚህን ሴሎች ይወርሳል ነገር ግን የግንኙነት እጣ ፈንታ ቀድሞውኑ ከላይ ተወስኗል።
ማጣቀሻዎች
Min B. et al., AIP Conf. Proc. 2487, 020014 (2022) (DOI: 10.1063/5.0089239)
Chen X.Y. et al., Solar Energy 126 (2016) 105–110 (DOI: 10.1016/j.solener.2016.01.001)
