26.3%以上の効率で、裏面に最適化すべき点は何か？n型裏面コンタクトは両面シナジーを追求し、p型裏面コンタクトはバック···へ

26.3%超の効率、背面で最適化すべき点は？

「張さん、26.66%セルは全面p型TOPCon背面構造を使用しました。26.34%の論文では、前面を局所n-TOPConフィンガーに変更し、背面は全面p-TOPConコンタクトになりました。二層SiOx/poly-Siスタックは同じですか？」

これは、昨日26.66%セルについて議論した後、プロセスチームから出たフォローアップ質問でした。

基本的な背面二層構造は26.66%設計からほぼコピーされていますが、p-TOPCon側には26.66%セルが触れなかった3つの調整ノブが導入されています。前面戦略も完全に異なります。430 Ω/□の高抵抗ボロンエミッタから離れ、局所n-TOPConフィンガーへ移行しています。これらは再結合を減らすための2つの非常に異なるアプローチです。

Gao K.らの26.34%論文は、26.66%研究の裏面接合姉妹研究と見なすことができます。両方を合わせて読むと、27%効率に近づくために必要なことがより明確になります。

Gao, K.ら「シリコンおよびペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池のための両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト、効率向上」 Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02007-8

26.34%セルの背後にある3つの数字

• 単接合効率: 26.34% 335.5 cm²で、Voc 743.2 mV、FF 85.0%、Jsc 41.69 mA/cm²。

• タンデム効率: 32.73%、1.68 eVペロブスカイトトップセルを使用。タンデムVocは1.961 Vに達し、2,000時間のMPP追跡後も初期性能の80%を維持。

• 構造定義: フロント側に局所配置されたn-TOPConフィンガーをバックジャンクション構造に組み合わせ、全面に二層構造のp-TOPConリアコンタクトを採用これは従来のTOPCon（通常はフロントにボロンエミッタ、リアにn-TOPConコンタクトを使用）の鏡像反転に相当します。

リア二層コンタクト：同じ骨格、しかし3つの異なるプロセス調整ポイント

26.66%のリアコンタクトは以下を使用： SiOx / 低濃度ドープn+ポリSi / SiOx / 高濃度ドープn+ポリSi（ドーパントはリン）

26.34%のリアコンタクトは以下を使用： SiOx / p+ポリSi（36 nm）/ SiOx / p+ポリSi（90 nm）（ドーパントはボロン）

両構造とも同じ基本シーケンスに従います：下部SiOx、内側ポリSi、中間SiOx、外側ポリSi。ただし、p-TOPConバージョンは長年の問題に対処する必要があります。

p-TOPConは常にパッシベーションとコンタクトのトレードオフに直面してきました。 ボロンはリンよりもSi/SiO₂界面に多くの欠陥を生成する可能性があり、またp+ポリSiのメタライゼーションは、正孔輸送の制限と従来の銀ペーストとp+ポリSiの相互作用が弱いため、より困難です。

報告されたプロセスデータには、650°Cでのインサイチュ裏面酸化、約1 nmの中間SiOx層、1 × 10²⁰ cm⁻³のホウ素ドーピング、1050°Cの予備アニール後の98%の結晶化率、747 mVのインプライドVoc、およびアルカリ金属改質ペーストと粗面銀粉を用いた0.55 mΩ·cm²の接触抵抗率が含まれます。

見落としがちな詳細が1つあります。 外側のp+ poly-Si層は90 nm厚で、n-TOPCon側で使用される約60 nmの外側層より50%厚いです。

これは恣意的な増加ではありません。ホウ素はリンよりもpoly-Siへの固溶度が低いため、高濃度ドープ部分は接触抵抗率を下げるためにより厚い厚みが必要です。同時に、1050°Cの予備アニール工程によりホウ素が内側に拡散します。より厚い外側層は、ホウ素が浸透して底部のSiOx層を損傷するのを防ぐのに役立ちます。

これはn-TOPCon戦略とは逆で、外側層をより薄く、よりアモルファスに保つことができます。

前面：430 Ω/□戦略は局所化に置き換えられる

前回の研究で残された疑問は、430 Ω/□の高抵抗ホウ素エミッタ戦略がフィンガー状のn-TOPCon前面コンタクトにも適用されるかどうかでした。

26.34%セルからの答えは明確です： それは適用されません。設計は別の軌道に移行します。

26.66%セルは、シート抵抗430 Ω/□の従来のホウ素拡散フロントエミッタを使用します。約10 μmの細かい金属フィンガーが、弱い横方向導電性を補償します。

26.34%セルは従来のフロントホウ素エミッタを除去し、 約210 μm幅のパターン化されたn-TOPConフィンガーに置き換え、金属コンタクト領域の下にのみpoly-Siを残します.

したがって、再結合低減メカニズムは、高シート抵抗によるドーパント濃度の希釈から、poly-Siで覆われる面積の低減に変わります。

• テクスチャは最初に修正されます。 オゾンとHFを使用してピラミッドの先端を丸めます。これにより、鋭いテクスチャのピーク周辺での不十分なパッシベーションと銀ペーストの腐食が低減されます。

• LPCVDに勾配熱場（GTF）が導入されます。 ラマン半値全幅は8.4 cm⁻¹に達します。値が低いほど結晶性が良いことを示します。勾配熱場は横方向と縦方向の温度均一性を向上させ、n+ポリSiの結晶性を高めます。

• リン doping は3.3 × 10²⁰ cm⁻³に達します。 これは26.66%リア接点で使用されるリン濃度よりも約1桁高い値です。フロントn+フィンガーは全面パッシベーションではなく導電性のために設計されています。パッシベーションの大部分は全面リアp-TOPCon接点が担います。

• フィンガー幅は約210 μmです。 ポリSiは金属の下に残り、非接触のテクスチャ領域は覆われないままです。これにより、全面ポリSi接点と比較してフロント側の寄生吸収が大幅に低減されます。

430 Ω/□のアプローチはホウ素エミッタ時代のものです。フィンガー型n-TOPCon構造では、再結合は単にシート抵抗を上げるのではなく、 局所的なポリSi被覆、丸みを帯びた表面テクスチャ、GTF-LPCVDによる結晶性の向上によって制御されます。

これは、26.34%セルが743.2 mVのVocに達し、26.66%セルで報告された744.6 mVに近い一方で、より高いJscも達成する理由を説明するのに役立ちます。局所的なフロント接点により、全面フロントポリSi構造に残る寄生吸収が削減されます。

2つの26%姉妹設計の並列比較

リア二層SiOx/ポリSi接点

表面側の比較

26%超の裏面コンタクト開発に関する2つの論文の内容

組み合わせたメッセージはかなり直接的です。

25%レベルでは、酸化層のピンホール挙動に焦点が当てられました。26%レベルでは、開発は二層SiOx/poly-Si構造とメタライゼーションエンジニアリングへと進みました。26.3%を超えると、経路は分岐し始めます：n-TOPCon裏面電極は両面電気的相乗効果を追求し、p-TOPCon裏面電極は局所的な前面フィンガーを備えたバックジャンクション構造へと向かいます。後者はすでに部分的なBC-TOPConアーキテクチャに近いものです。

銀の浸透を防ぐために使用される中間SiOx層は、両方の二層裏面電極設計に共通する特徴です。ただし、p-TOPCon側ではさらに3つの問題を解決する必要があります：

• ボロンを活性化し、結晶性を高め、ボロン関連の界面問題を抑制するために、1050°Cの予備アニール工程が必要です。

• p+ poly-Siの困難なメタライゼーションに対処するために、アルカリ金属酸化物修飾銀ペーストが必要です。

• p-TOPConは表面テクスチャとそのJ₀への影響により敏感であるため、裏面研磨と平坦化がより重要になります。

これらの問題は、26.66%のn-TOPCon設計では中心的なものではありませんでした。簡単に言えば、 二層p-TOPConコンタクトは、n-TOPConのものよりも製造が困難ですが、プロセスが制御されれば、より高いVocポテンシャルを提供する可能性があります。

26.34%セルの二層裏面p-TOPConコンタクトは、747 mVのインプライドVocに達し、26.66%設計で議論された推定全体インプライドVocレベルよりもわずかに高くなりました。

直接適用できる生産ラインのパラメータ

1. 裏面研磨と平坦化を改善します。 p-TOPCon生産ラインでは、裏面研磨を「十分良い」だけで済むプロセスとして扱うべきではありません。平坦化は、n-TOPConよりも二層p-TOPConコンタクトのJ₀に強い影響を与えます。

2. 中間SiOx層を約1 nmでその場形成します。 26.66%のn-TOPCon構造で使用された1.5 nmの熱酸化膜をコピーすると、トンネリングが減少し、p型側のFFに悪影響を与える可能性があります。

3. 1050°Cの予備アニール工程を導入します。 この処理なしでは、ボロンの活性化と98%の結晶性を達成するのは困難であり、747 mVのインプライドVocはありそうにありません。

4. アルカリ金属酸化物修飾銀ペーストを使用します。 報告された配合は4 wt%のNa₂O/K₂Oと粗い銀粉を使用しています。0.55 mΩ·cm²の接触抵抗率はp-TOPCon側にとって難しい目標です。従来のペーストでは、p+コンタクトで直列抵抗が急激に上昇する可能性があります。

5. 前面フィンガー幅を約210 μmに制御してください。 レーザーパターニング精度は、より狭いコンタクト形状に追従する必要があります。フィンガー幅をさらに狭くすると寄生吸収を再び低減できますが、二層スタックへのレーザー損傷を再評価する必要があります。

BC-TOPConへの次の課題

26.34%構造は、前面n-TOPConフィンガーと全面二層p-TOPCon背面コンタクトを備え、実質的にBC-TOPConの部分版です。

次の論理的なステップは、背面p-TOPConコンタクトも局所化し、背面p型フィンガーとn型フィンガーを交互配置パターンで配置することです。これにより、真のBC-TOPCon構造が実現します。

これにより新たな疑問が生じます。局所化された背面p-TOPConコンタクトの中間SiOx層は、純粋なSiO₂のままであるべきか、それとも OGOタイプの経路に従った窒素ドープSiOx に置き換えてフィールドパッシベーションを強化すべきでしょうか？もう一つの選択肢は、 AlOx/SiOxスタックであり、酸化アルミニウムのフィールド効果を二層SiOx/poly-Siコンタクトと組み合わせて使用します。

26.34%の研究では、背面p-TOPConコンタクトが全面であり局所的なフィールド効果パッシベーションに依存していなかったため、この問題は検討されませんでした。しかし、背面p型コンタクトがフィンガー状になると、AlOxフィールド効果パッシベーションと二層SiOx/poly-Si構造の組み合わせが、真剣な次のステップの選択肢になる可能性があります。

タンデム関連のプロセス上の疑問もあります。32.73%タンデムで使用されたボトムセルは、テクスチャ加工された前面を持っています。図1のシミュレーションは、両面フィンガーTOPCon構成が全面両面TOPCon構造よりも高いタンデムポテンシャルを持つ可能性があることを示しています。

しかし、局所的なn-TOPConフィンガーを備えたテクスチャ加工された前面全体で、フォトルミネッセンス均一性をどのように制御すべきでしょうか？過剰なレーザーエネルギーは、ピラミッドの先端を局所的に焼損または平坦化する可能性があります。これにより、丸みを帯びたピラミッド処理によって作られたプロセスウィンドウの一部が消費される可能性があります。

3つの研究を通じて—25.4%のDas Solarセルから26.66%および26.34%セルまで—背面コンタクトのロジックは3世代を経てきました： 酸化ピンホール制御、銀浸透に対する二重層保護、そして最後にアルカリ金属修飾メタライゼーションと組み合わせた二重層p-TOPCon。

Ooitechの見解

ここでの真のボトルネックはプロセスウィンドウです。p-TOPConが全面裏面コンタクトから局所的なBCフィンガーへ移行すると、接触抵抗率、レーザー損傷、ボロン活性化、電界効果パッシベーションを一つの結合システムとして最適化する必要があります。より薄い中間SiOx層はFFを保護するかもしれませんが、銀浸透やボロン駆動の界面損傷に対するマージンも減少させます。次の有用な結果は、ピーク効率値だけでなく、量産サイズのウェーハ上でこの完全な統合ウィンドウを実証するものになるでしょう。