PN-krysset er "hjertet" til fotovoltaiske celler. I henhold til typen PN-kryss, kan fotovoltaiske celler deles inn i homojunction-celler og heterojunction-celler. Blant dem oppnår homojunction-cellen hovedsakelig doping på samme type silisiumplate (P-type eller N-type) ved hjelp av diffusjon, og oppnår derved et PN-kryss. P-type-regionen og N-type-regionen til heterojunction-cellen er sammensatt av forskjellige typer halvledermaterialer, som kan deles inn i dopet type og ikke-dopet type.

Når en P-type halvleder og en N-type halvleder kombineres, på grunn av den høye konsentrasjonen av hull i P-type halvlederen og den høye konsentrasjonen av elektroner i N-type halvlederen, vil det dannes termisk diffusjon. Det vil si at hull i P-type-halvlederen diffunderer til N-type-området, og elektroner i N-type-halvlederen diffunderer til P-type-området. Da dannes negative ladninger i P-type-området, mens positive ladninger dannes i N-type-området, og danner et innebygd elektrisk felt mellom de to. Under lysforhold absorberes fotoner med energi større enn den forbudte båndbredden, og elektron-hull-par genereres på begge sider av PN-krysset, og de skilles fra hverandre under påvirkning av det innebygde elektriske feltet, og dermed genererer en fotoindusert strøm.

"Samlingssannsynlighet" beskriver sannsynligheten for at bærere generert av lysbestråling på et bestemt område av batteriet samles opp av PN-krysset og deltar i strømmen. Størrelsen er relatert til avstanden fotogenererte bærere trenger for å bevege seg og overflateegenskapene til batteriet. Jo lenger unna det dissipative området, jo lavere er sannsynligheten for å bli samlet, og overflatepassivering kan øke sannsynligheten for å samle bærere på samme sted.

Hva er diffusjon? Diffusjon beskriver bevegelsen av ett stoff i et annet. Essensen ligger i den brownske bevegelsen av atomer, molekyler og ioner, som forårsaker diffusjon fra steder med høy konsentrasjon til steder med lav konsentrasjon. Produksjonen av krystallinske silisiumsolceller tar i bruk metoden for høytemperatur kjemisk termisk diffusjon for å oppnå dopingkryss. Termisk diffusjon bruker høy temperatur for å drive urenheter gjennom silisiumgitterstrukturen, denne metoden påvirkes av tid og temperatur, og krever 3 trinn: pre-deponering, push-in og aktivering.

Tre indikatorer for diffusjon: kvadratmotstand, koblingsdybde og overflatekonsentrasjon

Den kvadratiske motstandsverdien er hovedsakelig en omfattende karakterisering av overflatekonsentrasjonen og overgangsdybden, og dens innflytelse på celleparametrene inkluderer hovedsakelig følgende tre punkter: 1) Dybden av diffusjons-PN-krysset påvirker direkte dens absorpsjon av kortbølget lys, så diffusjonen innenfor et visst område Jo grunnere PN-krysset (jo høyere kvadratresistansverdien er), jo høyere er gjeldende verdi; 2) Dopingkonsentrasjonen til det diffuse fosforelementet påvirker konduktiviteten til dens N-type silisiumdel til en viss grad, så jo høyere dopingkonsentrasjonen (kvadratmotstandsverdien Jo mindre verdien er, desto høyere er fyllfaktoren; 3 ) Generelt sett, innenfor et visst område, øker åpen kretsspenning når diffusjonskonsentrasjonen øker.

2.1. Homojunction: fosforekspansjon og borekspansjon

I et homojunction-batteri er P-type-regionen og N-type-regionen samme type halvledermateriale, og en PN-overgang dannes vanligvis ved doping. Vanlige dopingmetoder inkluderer: 1) tubulær diffusjon (lavt trykk, normalt trykk); 2) ioneimplantasjon + annealing; 3) beleggkildediffusjon (silketrykk, spinnbelegg, spraybelegg, rulletrykk). For tiden bruker de fleste av dem lavtrykksrørformet diffusjon.

Fosfordiffusjon: P2O5 produsert ved dekomponering av POCl3 avsettes på overflaten av silisiumplaten, P2O5 reagerer med silisium for å danne SiO2 og fosforatomer, og danner et lag av fosfosilikatglass på overflaten av silisiumplaten, og deretter fosforet atomer diffunderer inn i silisiumet. Bordiffusjon: B2O3 produsert ved dekomponering av BBr3/BCl3 avsettes på overflaten av silisiumplaten, B2O3 reagerer med silisium for å danne SiO2 og boratomer, og danner et lag av borosilikatglass på overflaten av silisiumplaten, og deretter boratomene diffunderer inn i silisiumet. Det kan sees fra ovenstående at enten det er bortiffusjon eller fosfordiffusjon, er det nødvendig å danne boratomer eller fosforatomer for å diffundere inn i silisiumsubstratet. Bordiffusjon er vanskeligere enn fosfordiffusjon. Årsaken er at den faste løseligheten til boratomer i silisiummatrisen er lav, så temperaturen for borekspansjon må nå over 1000 °C. Og når overflatedopingmengden er høy er det lett å danne boransamling på overflaten, det vil si borrikt lag (BRL), som gir utfordringer for etterfølgende rengjøring.

For borekspansjon er det for tiden to ruter av BBr3/BCl3. BBr3 er en væske ved romtemperatur, og sikkerheten er relativt god, men den genererte B2O3 er tyktflytende og krever DCE-rengjøring, noe som resulterer i høye vedlikeholdskostnader. BCl3 er en gass ved romtemperatur, og dens sikkerhet er relativt dårlig, men den genererte B2O3 er granulær og lett å rengjøre. Ulempen er at B-Cl-bindingsenergien er større og den er ikke lett å dekomponere, noe som resulterer i lav utnyttelse ved diffusjonstemperaturen.

I følge ITRPV-prognosen vil BBr3-ruten fortsatt okkupere størstedelen av markedet i fremtiden, men andelen av BCl3-ruten vil gradvis øke, og nå rundt 40 % av markedsandelen innen 2032. 2.2

. Homojunction: SE

Hvorfor trengs SE (Selective Emitter)? Årsaken er at konvensjonelle krystallinske silisiumsolceller bruker jevnt høykonsentrerte dopede emittere. En høyere konsentrasjon av doping kan forbedre den ohmske kontakten mellom silisiumplaten og elektroden og redusere seriemotstanden, men det er også lett å forårsake høyere overflaterekombinasjon. For dette formål er det nødvendig å bruke selektiv emitter (SE) teknologi for å utføre høykonsentrasjon doping dyp diffusjon ved og nær kontakten mellom metallportlinjen (elektrode) og silisiumplaten, og lavkonsentrasjon doping grunn diffusjon i annet område enn elektroden. .

Fordelene med SE-strukturen: 1) Den kraftige dopingen under elektrodene gjør kontaktmotstanden lavere enn for konvensjonelle batterier, og forbedrer dermed fyllingsfaktoren; 2) Lysdopingen mellom elektrodene kan effektivt redusere rekombinasjonen av bærere når de strømmer sideveis i diffusjonslaget 3) Kortbølgebåndet av sollys absorberes i utgangspunktet på frontoverflaten av silisiumplaten, og grunn diffusjon kan forbedre eksitasjonseffektivitet av kortbølget båndsollys, og øker dermed kortslutningsstrømmen; 4) Dann en n++-n+/ p++ Høy-lav-krysset til -p+ kan redusere rekombinasjonen av minoritetsbærere under elektrodene og øke åpen kretsspenning. Oppsummert, SE balanserer motsetningen mellom kontaktmotstanden mellom metall og halvleder og fotonsamling bedre enn konvensjonelle batterier. Basert på den tekniske vanskeligheten med borekspansjon, er det vanskeligere å lage SE basert på borekspansjon enn fosforekspansjon SE. For tiden er det hovedsakelig utviklet to tekniske ruter for primær borekspansjon og sekundær borekspansjon.

I følge Tongweis "Preparation of Ultra-thin Tunneling Oxide Layer Based on PECVD Technology and Application of Poly-Si in TOPCon Batteries", er det for tiden fem vanlige bor-ekspanderte SE-løsninger i industrien, blant annet laserfilmåpningsruten er for tiden. den mest modne. plan. Fra perspektivet til masseproduksjonsutsikter er Etch-back-ruten og laser-direkte-dopingruten de mest sannsynlige rutene for å oppnå masseproduksjon. Blant de fem ordningene krever etsningsslurryruten, borslurryruten og Etch-back-ruten alle ekstern utvikling av forskjellige slurryer.

2.3. Heterojunction: dopet og udopet

I hovedsak er termisk diffusjon en metode for å oppnå doping for å danne et PN-kryss på den samme halvlederen. Andre metoder inkluderer ioneimplantasjon, dampavsetning, etc. For eksempel ved å avsette iboende amorft silisium og dopet amorft silisium på overflaten av krystallinsk silisium ved dampavsetning, siden krystallinsk silisium og amorft silisium ikke tilhører det samme halvledermaterialet, dannes PN-kryss kalles et heterokryss.

Heterojunction-celler dopes ved bruk av dampavsetning i stedet for diffusjon. Et problem forårsaket av dette er at båndgapet til amorft silisium på frontoverflaten er lite, noe som resulterer i alvorlig optisk parasittisk absorpsjon, som begrenser økningen av metningsstrømmen; og den lave dopingseffektiviteten til det amorfe silisiumlaget fører til lavt celleutbytte. Dette har utløst anvendelse og utforskning av dopingfrie heterojunction-celler. N-type overgangsmetalloksid (TMO) materialer har blitt forsøkt som hulltransportlag. I følge relevante data fra Sun Yat-Sen University brukes MoOx i stedet for p-type dopet amorft silisium i HJT-celler, og den høyeste konverteringseffektiviteten har nådd 23,5 %.

2.4. Ikke-krysset doping

I tillegg til å danne PN-kryss, brukes dopingprosessen også til å danne høy-lav-kryss. Det såkalte høy-lav-krysset refererer til etableringen av en konsentrasjonsgradient av samme urenhet mellom batterisubstratet og bunnelektroden for å forberede en P-P+ eller N-N+ høy-lav-overgang for å danne et tilbake elektrisk felt, som kan forbedre den effektive innsamlingen av bærere og forbedre solenergieffektiviteten. Langbølgeresponsen til batteriet øker kortslutningsstrømmen og åpen kretsspenning, og dette batteriet kalles et "back field battery". Et typisk tilfelle er at i TOPCon-celler brukes bordoping på forsiden for å danne et PN-kryss på N-type silisiumskiven, og N-type polysilisium laget av fosfordoping brukes på baksiden for å spille rollen som høy- og lave veikryss. I HJT-batteriet,

I vid forstand, så lenge det elektriske feltet etableres gjennom konsentrasjonsgradienten til den samme urenheten, og dermed påvirker strukturen til bæreroppsamlingen, kan det kalles et høy-lav-kryss. Slik som den selektive emitteren i borekspansjon/fosforekspansjon, aluminiumsbakfeltet i BSF-celler, det lokale aluminiumsbakfeltet i PERC-celler, og sølv-aluminiumpasta-finnettet på forsiden av TOPCon-celler.

2.5. Diffusjonsovn

Innenlandsk fosfordiffusjonsutstyr for PERC elektrisk felt er fullt lokalisert, og utstyr egnet for store silisiumskiver og stor produksjonskapasitet er utviklet. Med tanke på ensartetheten til termisk felt og gassfelt, inkluderer plasseringsmodusene for silisiumskiver horisontale, vertikale og lignende. PE type vertikal og mange andre moduser. Bordiffusjonsutstyr har høyere krav enn fosfordiffusjon, hovedsakelig reflektert i: uniformitet, lang diffusjonstid, høy diffusjonstemperatur og parasittisk OSF-dislokasjon av silisiumplate.

Ensartethetsproblem: Kjernen er ensartetheten til gassfelt og termisk felt. Vertikal plassering og horisontal plassering har sine egne fordeler og ulemper. Vertikal plassering bidrar til varmestrålingsoverføring, men bidrar ikke til luftstrømoverføring; horisontal plassering bidrar til luftstrømoverføring, men skjermer varmestråling. Ettersom størrelsen på silisiumskiver blir større og tynnere, utfordres jevnheten til vertikal plassering. På den ene siden fører store silisiumskiver til en lengre gassbevegelsesavstand mellom to silisiumskiver, og motstanden øker; på den annen side blir krumningen til tynne silisiumskiver større når de plasseres vertikalt. Laplace er plassert horisontalt rygg mot rygg, og luftstrømmen kommer inn fra porten og siden, noe som ikke bare øker jevnheten i luftstrømmen,

På den annen side, ettersom produksjonskapasiteten til en enkelt ovn fortsetter å øke, øker lengden på ovnsrøret, noe som gir ensartethet av luftstrøm og termisk felt i den ultralange temperatursonen. For tiden brukes flertrinns luftinntak for det meste for å øke jevnheten til luftstrømmen i ovnsrøret.