SiNx बहुत पतला और सिल्वर पेस्ट पॉली परत को भेद देता है, बहुत मोटा और संपर्क प्रतिरोध 600x बढ़ जाता है: ISFH एक समाधान की ओर इशारा करता है
विषय-सूची
उत्पाद परिचय
जो कोई भी TOPCon प्रोसेस लाइन चला रहा है उसे इस दुविधा का सामना करना पड़ा है। SiNx को बहुत पतला कोट करें और आप चिंता करते हैं कि सिल्वर पेस्ट पैसिवेशन परत को जला देगा, जिससे Voc नीचे खिंच जाएगा। इसे बहुत मोटा कोट करें और संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है, और FF टिक नहीं पाता। पतला आपको डराता है, मोटा भी आपको डराता है — तो "बिल्कुल सही" कितना मोटा है?
2022 में, ISFH (जर्मनी के हेमेलिन में इंस्टीट्यूट फॉर सोलर एनर्जी रिसर्च) में मिन ब्युंगसुल की टीम ने AIP कॉन्फ्रेंस प्रोसीडिंग्स में एक अध्ययन प्रकाशित किया जिसने इस समस्या को अलग किया। उन्होंने POLO पैसिवेटिंग संपर्क — जिसे उद्योग TOPCon कहता है उसका शैक्षणिक नाम, अनिवार्य रूप से एक अति-पतली ऑक्साइड प्लस डोप्ड पॉलीसिलिकॉन poly-Si/SiOx संरचना — का उपयोग यह अलग करने के लिए किया कि वास्तव में क्या हो रहा है।
मुख्य निष्कर्ष जटिल नहीं है: SiNx मोटाई और फायरिंग तापमान एक मेल खाती जोड़ी हैं। मोटाई बदलें और आपको तापमान समायोजित करना होगा। एक को बिना दूसरे को हिलाए बदलें और या तो Voc गिर जाता है या FF ढह जाता है।
तकनीकी पैरामीटर
प्रयोग कैसे स्थापित किया गया था
ISFH ने p-प्रकार CZ वेफर्स, जिसमें सेल के पिछले हिस्से पर एक n⁺ POLO संपर्क (टनल ऑक्साइड प्लस फॉस्फोरस-डोप्ड पॉलीसिलिकॉन) था।
दो प्रमुख चर:
पिछली SiNx कैपिंग मोटाई — 40nm से 80nm तक
पीक फायरिंग तापमान — 790°C और 810°C के बीच समायोजित
फिर उन्होंने दो चीजें मापीं: संपर्क प्रतिरोधकता ρc (TLM द्वारा) और सेल IV पैरामीटर.
पहले हमने 2016 के JA सोलर पेपर को देखा था कि कैसे रासायनिक संरचना (Si/N अनुपात) सामने की ओर SiNx एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म सिल्वर पेस्ट संपर्क को प्रभावित करती है। यह 2022 ISFH कार्य इस बारे में है कि कैसे भौतिक मोटाई की पिछली सतह SiNx कोटिंग सिल्वर पेस्ट के संपर्क को प्रभावित करती है। दोनों को एक साथ रखने पर आप दोनों आयामों को कवर करते हैं — "रासायनिक संरचना" और "भौतिक मोटाई," सामने की फिल्म और पीछे की फिल्म।
सभी नमूने 800°C पर फायर किए गए, केवल पीछे की SiNx मोटाई बदली गई
| SiNx मोटाई | माध्य ρc (800°C) | स्थिति |
|---|---|---|
| 40nm | ~1 mΩ·cm² | बहुत कम |
| 50nm | ~1.5 mΩ·cm² | बढ़ना शुरू |
| 60nm | ~7 mΩ·cm² | स्पष्ट रूप से बढ़ रहा |
| 70nm | ~30-40 mΩ·cm² | संक्रमण क्षेत्र, तीव्र चढ़ाई |
| 80nm | ~600 mΩ·cm² | 40nm की तुलना में लगभग 600 गुना अधिक |
55nm और 60nm नमूनों पर फायरिंग तापमान स्कैन
| स्थिति | माध्य 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 |
तकनीकी लाभ
पहला निष्कर्ष: बहुत मोटा होने पर पेस्ट फायर-थ्रू नहीं कर सकता
सभी नमूने एक 800°C पीक पर फायर किए गए, केवल पीछे की SiNx कोटिंग की मोटाई बदली गई। उपरोक्त तालिका से पैटर्न स्पष्ट है — फायरिंग के दौरान पेस्ट जितनी SiNx जला सकता है वह सीमित है। उस सीमा को पार करने पर पेस्ट नीचे के पॉलीसिलिकॉन तक कभी नहीं पहुंचता, इसलिए संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है।
SEM छवियां प्रत्यक्ष सबूत देती हैं:
40nm SiNx: पेस्ट ने SiNx और पॉलीसिलिकॉन दोनों को पूरी तरह से जला दिया, जिससे पॉली पर बहुत सारे माइक्रोन-स्केल एच पिट्स रह गए। पॉलीसिलिकॉन स्थानीय रूप से पूरी तरह से हटा दिया गया — अच्छा संपर्क, लेकिन पैसिवेशन परत क्षतिग्रस्त हो गई।
80nm SiNx: केवल बहुत कम संख्या में बहुत छोटे एच पिट्स, कोई ऐसा क्षेत्र नहीं जहां पॉली पूरी तरह से हटा दिया गया हो — पैसिवेशन बरकरार रहा, लेकिन संपर्क प्रतिरोध लगभग 600 गुना अधिक था (लगभग 2.8 ऑर्डर ऑफ मैग्नीट्यूड), और एफएफ मूल रूप से बर्बाद हो गया।
आईएसएफएच का निष्कर्ष स्पष्ट है: एक इष्टतम SiNx विंडो है — 50 से 60nm के बीच। बहुत पतला, पेस्ट पैसिवेशन को भेद देता है और वोक क्रेटर हो जाता है। बहुत मोटा, पेस्ट अंदर नहीं जा पाता और संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है।
दूसरा निष्कर्ष: मोटाई और तापमान जुड़े हुए हैं
आईएसएफएच ने केवल "50-60nm सबसे अच्छा है" पर नहीं रुका। उन्होंने एक अधिक व्यावहारिक कारखाना-स्तरीय प्रश्न पूछा: यदि SiNx मोटाई बदलती है, तो क्या फायरिंग तापमान भी बदलने की आवश्यकता है?
उन्होंने 55nm और 60nm समूह चुने और तापमान स्कैन चलाया 790°C से 810°C.
परिणाम बहुत स्पष्ट है:
55nm SiNx: एफएफ चरम पर है 800°C, सर्वोत्तम दक्षता वहाँ। कम जाएं तो संपर्क पर्याप्त नहीं है; अधिक जाएं तो पैसिवेशन प्रभावित होने लगता है।
60nm SiNx: एफएफ चरम पर है 805-810°C. क्योंकि SiNx मोटा है, पेस्ट को भेदने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।
सरल लाइन शब्दों में: इन परीक्षण स्थितियों के तहत, 55nm से 60nm जाने पर इष्टतम फायरिंग तापमान लगभग 5-10°C बढ़ जाता है। वह ढलान केवल उसी पेस्ट प्रणाली के लिए संदर्भ है — पेस्ट बदलें तो पुनः कैलिब्रेट करने की आवश्यकता है।
संपर्क प्रतिरोधकता डेटा भी इसका समर्थन करता है: उच्च तापमान, बेहतर संपर्क — जब तक आप उस रेखा को पार नहीं करते जहां पैसिवेशन जलने लगता है।
तंत्र: एच पिट आकार ही कुंजी है
आईएसएफएच ने SEM का उपयोग करके एक बहुत स्पष्ट मानदंड रखा:
1μm व्यास से बड़े पिट्स: पॉली पूरी तरह से हटा दिया गया, पैसिवेशन क्षतिग्रस्त → वोक गिरता है
1μm व्यास से छोटे पिट्स: पॉली पूरी तरह से नहीं हटा, पैसिवेशन बरकरार → संपर्क प्रतिरोध गिरता है, वोक अपरिवर्तित
आईएसएफएच ने सीधे कहा: "अच्छा संपर्क बनाने के लिए छोटे आकार के एच पिट्स की एक निश्चित संख्या आवश्यक है। 1μm व्यास से नीचे के एच पिट्स का पैसिवेशन गुणवत्ता पर कोई प्रभाव नहीं दिखता।"
रेखा मानदंड: एच पिट्स न तो कम बेहतर हैं, और न ही अधिक बेहतर हैं — लक्ष्य है छोटा आकार, मध्यम वितरण। यदि आप माइक्रोस्कोप के नीचे बहुत सारे >1μm पिट्स देखते हैं, तो तापमान बहुत अधिक है या SiNx बहुत पतला है, और पैसिवेशन पहले से ही क्षतिग्रस्त हो रहा है।
उत्पाद अनुप्रयोग
एक उत्पादन लाइन वास्तव में क्या उपयोग कर सकती है?
1. SiNx मोटाई न तो पतली बेहतर है, और न ही मोटी बेहतर है। 40nm से नीचे, पेस्ट पैसिवेशन को जला देता है और Voc गड्ढा बन जाता है; 80nm से ऊपर, पेस्ट फायर-थ्रू नहीं कर पाता और संपर्क प्रतिरोध लगभग 600x बढ़ जाता है।
2. मोटाई और तापमान जुड़े हुए हैं। SiNx मोटाई बदलें और फायरिंग तापमान को उसका अनुसरण करना होगा। ISFH का डेटा एक संदर्भ देता है — इन शर्तों के तहत, SiNx के हर अतिरिक्त 5nm के लिए, शिखर तापमान लगभग 5-10°C बढ़ जाता है — लेकिन पेस्ट बदलने के बाद पुन: कैलिब्रेट करें।
3. एच पिट्स एक "विंडो" संकेतक हैं। पिट्स के आकार और घनत्व को SEM द्वारा देखें और आप न्याय कर सकते हैं कि आपका वर्तमान मोटाई-तापमान संयोजन विंडो के अंदर है या नहीं। बहुत सारे >1μm पिट्स → बहुत गर्म या फिल्म बहुत पतली; लगभग कोई पिट्स नहीं → बहुत ठंडा या फिल्म बहुत मोटी, संपर्क समस्या हो सकती है।
4. पिछली फिल्म की मोटाई भी कॉस्मेटिक उपज और पेस्ट चयन को नियंत्रित करती है। ऊपर के तीन बिंदु सभी इस बारे में हैं कि मोटाई पेस्ट के फायर-थ्रू होने या न होने के माध्यम से संपर्क प्रतिरोध और FF को कैसे प्रभावित करती है। लेकिन लाइन पर, पिछली SiNx मोटाई विद्युत प्रदर्शन से कहीं अधिक नियंत्रित करती है।
वास्तविक बड़े पैमाने पर उत्पादन में, पिछली SiNx आमतौर पर 70-85nm सीमा में नियंत्रित होती है — ISFH पेपर में 50-60nm "संपर्क इष्टतम" से मोटी। कारण सरल है: पेपर ने अपनी विशिष्ट POLO संरचना और एक विशेष पेस्ट के लिए शुद्ध संपर्क इष्टतम मापा, जबकि एक उत्पादन लाइन को पैसिवेशन, संपर्क और रंग एकरूपता को एक साथ संतुलित करना होता है, और एक मोटी, अधिक स्थिर सीमा चुनती है। अधिक महत्वपूर्ण बात, वाणिज्यिक लाइन पेस्ट ISFH के प्रयोगशाला पेस्ट से भिन्न ग्लास-फ्रिट प्रणाली का उपयोग करते हैं, इसलिए SiNx मोटाई विंडो जिसे जलाया जा सकता है, भी भिन्न है।
मोटाई बदलें और अपवर्तक सूचकांक बदलता है, और फिल्म का हस्तक्षेप रंग इसके साथ बदलता है। बहुत पतली या बहुत मोटी होने पर वेफर्स दिखाते हैं रंग भिन्नता, ऑफ-रंग और इसी तरह के कॉस्मेटिक डाउनग्रेड जो सीधे कॉस्मेटिक उपज को कम करते हैं। यह बदले में पेस्ट निर्माता पर एक कठोर आवश्यकता डालता है: पेस्ट को बैक-फिल्म प्रक्रिया विंडो से मेल खाना चाहिए, न कि बैक फिल्म को किसी विशेष पेस्ट को समायोजित करने के लिए मजबूर करना। मोटाई और तापमान का मेल होना चाहिए, और पेस्ट और फिल्म की मोटाई का भी मेल होना चाहिए — लाइन एक प्रणाली है, एकल-बिंदु समायोजन नहीं।
पेपर ने तीन बातें नहीं कहीं
POLO और TOPCon के बीच संबंध। ISFH द्वारा उपयोग किया गया POLO संपर्क अनिवार्य रूप से अल्ट्रा-पतली ऑक्साइड प्लस डोप्ड पॉलीसिलिकॉन (poly-Si/SiOx) है, जो मूल रूप से आज की TOPCon रियर संरचना के समान है, इसलिए निष्कर्ष सीधे स्थानांतरित होते हैं। POLO ISFH द्वारा प्रस्तावित शैक्षणिक नाम है; TOPCon उद्योग-मानक शब्द है; मूल रूप से एक ही संरचना।
पेस्ट मॉडल प्रवेश गहराई को प्रभावित करता है। विभिन्न पेस्ट में अलग-अलग ग्लास-फ्रिट रचनाएँ होती हैं और वे विभिन्न SiNx मोटाई के माध्यम से जल सकते हैं। ISFH का 50-60nm एक विशिष्ट पेस्ट पर आधारित है — पेस्ट बदलें और आपको पुन: अंशांकन की आवश्यकता हो सकती है।
दीर्घकालिक विश्वसनीयता शामिल नहीं है। क्या छोटे नक़्क़ाशी गड्ढे 25 वर्षों के बाहरी उम्र बढ़ने में बड़े हो जाएंगे? क्या नम गर्मी के तहत इंटरफ़ेस और खराब होगा? पेपर उत्तर नहीं देता।
इसे JA Solar 2016 के साथ पढ़ना
| आयाम | JA Solar 2016 | ISFH 2022 |
|---|---|---|
| अनुप्रयोग | सामने SiNx विरोधी-प्रतिबिंब फिल्म (ARC) | पीछे SiNx कैपिंग परत |
| फोकस | SiNx की रासायनिक संरचना (Si/N अनुपात) | SiNx की भौतिक मोटाई |
| मुख्य चर | SiH₄/NH₃ गैस अनुपात | SiNx मोटाई + फायरिंग तापमान |
| विफलता मोड | Si/N अनुपात से बाहर → फ्रिट चिपचिपापन असंतुलन → उच्च संपर्क प्रतिरोध | गलत मोटाई → जल जाना या जलने में विफल |
| सुधार दिशा | गैस अनुपात को इष्टतम विंडो में ट्यून करें | मोटाई और तापमान को जोड़ें |
| साझा तंत्र | फ्रिट-SiNx प्रतिक्रिया गतिकी संपर्क गुणवत्ता तय करती है | फ्रिट-SiNx प्रवेश गहराई संपर्क गुणवत्ता तय करती है |
दोनों पेपरों को साथ-साथ रखें और आपको फ्रंट-फिल्म और बैक-फिल्म प्रक्रिया की पूरी तस्वीर मिल जाएगी: रासायनिक संरचना तय करती है कि आप अच्छी तरह से संपर्क कर सकते हैं या नहीं, भौतिक मोटाई तय करती है कि संपर्क करते समय आप नीचे की चीज़ को नुकसान पहुंचाते हैं या नहीं।
कोटिंग के Si/N अनुपात को हल्का सा बदलें और Rs बढ़ जाता है, FF गिर जाता है, दक्षता चरमरा जाती है
लाइन के लिए एक अनुस्मारक: दक्षता हानि की तलाश करते समय केवल पॉली पर घूरते न रहें
दोनों पेपर पूरे होने के बाद, अपनी लाइन पर वापस आते हैं। दक्षता हानि का पीछा करते समय, एक इंजीनियर की प्रतिक्रिया पहले रियर पॉली मोटाई, डोपिंग स्तर, टनल ऑक्साइड मोटाई की जांच करने की होती है — FF और Voc पर उनका प्रभाव अच्छी तरह से समझा जाता है और ये मानक जांच आइटम हैं। लेकिन रियर SiNx कैपिंग परत को अक्सर "पैसिवेशन/कॉस्मेटिक परत" के रूप में खारिज कर दिया जाता है, और कुछ लोग इसे संपर्क प्रतिरोध के संदर्भ में सोचते हैं।
इस ISFH पेपर का मूल्य ठीक यही है कि यह इस अनदेखी चर को वापस मेज पर लाता है: गलत बैक-फिल्म मोटाई, पेस्ट फायर नहीं करता या जल जाता है, और FF उसी तरह गिर जाता है। अगली बार जब आप "पॉली पैरामीटर अछूते, फिर भी FF रहस्यमय तरीके से गिर गया" की स्थिति का सामना करें, तो केवल पॉली के चारों ओर चक्कर न लगाएं — वापस जाकर जांचें कि क्या बैक-फिल्म मोटाई और फायरिंग तापमान अभी भी मेल खाते हैं।
ध्यान देने योग्य: ISFH का प्रयोग पारंपरिक फायरिंग पर आधारित है। लाइनों पर अब व्यापक रूप से अपनाई जाने वाली LECO तकनीक बाद के लेजर/करंट चरण के माध्यम से संपर्क को अनुकूलित कर सकती है, जो कुछ हद तक फायरिंग-तापमान-मोटाई जोड़ी के प्रति संवेदनशीलता को कम करती है — लेकिन बैक-फिल्म मोटाई अभी भी आधार खिड़की है और इसे अनदेखा नहीं किया जा सकता।
Ooitech का दृष्टिकोण
हम हर TOPCon लाइन पर यही देखते हैं जिसे हम कमीशन करते हैं — रियर SiNx कैपिंग को केवल एक रंग फिल्म के रूप में माना जाता है, और फिर FF चुपचाप फिसल जाता है जबकि कोई भी मोटाई-तापमान जोड़ी की जांच नहीं करता। ISFH डेटा उन लोगों के साथ मेल खाता है जो LECO की ओर धकेलते हैं, क्योंकि संपर्क गठन को फायरिंग चरण से अलग करना वास्तविक मार्जिन खरीदता है जब आपके पेस्ट की फ्रिट रसायन और आपकी बैक-फिल्म खिड़की पूरी तरह से सहमत नहीं होते। यदि आप देखना चाहते हैं कि ये चरण वास्तविक मॉड्यूल लाइन पर कैसे काम करते हैं — कोटिंग, फायरिंग, स्ट्रिंगिंग और सब कुछ — Ooitech YouTube चैनल www.youtube.com/ooitech पर फॉलो करने लायक है। और ध्यान रखें यह एक सेल-स्तरीय अध्ययन है; मॉड्यूल लाइन इन कोशिकाओं को विरासत में लेती है लेकिन संपर्क का भाग्य पहले ही ऊपर की ओर सील कर दिया गया है।
संदर्भ
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)
