26.3%を超える効率：裏面に残されたものは？

Jerry
2026-07-24
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26.3%を超える効率：裏面に残されたものは？

簡単な回答： 26.3%を超えるセル効率では、TOPConセルの表面はほぼ最適化されており、残された余地は裏面にあります。これが、全面p型裏面コンタクトと局所ポリシリコンフィンガーへの移行を促す要因であり、裏面が電流を収集する方法と、パッシベーションとコンタクトに割り当てられる面積の割合を変えます。測定された構造には、約1 nm、1.5 nm、36 nm、90 nmの層からなる裏面スタック、全面コンタクト、および約650 °Cでの裏面プロセスステップが含まれ、議論されたデバイスでは開放電圧が1.961 Vと報告されています。これらの各寸法は、コンタクト抵抗と再結合のトレードオフを決め、表面が改善されるにつれて最適点が移動します。生産ライン上では、これは裏面レシピがプロセスの固定部分ではなく、生きた変数になることを意味します。

PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著

26.3%超の効率、裏面で最適化すべき残りの課題は？

「張さん、26.66%のセルはフルp型の TOPCon 裏面構造を採用しました。26.34%の論文では、表面は局所的なn-TOPConフィンガーに変更され、裏面は全面p-TOPConコンタクトになりました。二層SiOx/poly-Siスタックはまだ同じですか？」

これは、昨日26.66%のセルについて議論を終えた後に、プロセスチームから出た追加の質問でした。

基本的な裏面二層アーキテクチャは26.66%設計からほぼそのまま踏襲されていますが、p-TOPCon側には26.66%の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。フロント側の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フィンガーへと向かっています。これらは再結合を低減するための非常に異なる2つのアプローチです。

Gao K.らによる26.34%の論文は、26.66%の研究のバックジャンクション版姉妹研究と見なすことができます。2つを併せて読むことで、27%効率に近づくために何が必要かがより明確になります。

Gao, K. et al. “Bifacial tunnel oxide passivating contacts for silicon and perovskite/silicon tandem solar cells with improved efficiency.” 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

TOPConセルとフィンガーTOPConセルの電力損失と自由エネルギー損失を分解したチャート

単接合効率：26.34% 335.5 cm²において、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トラッキング後も初期性能の80%が維持されました。
構造定義： 裏面接合レイアウトに前面局所n-TOPConフィンガーを配置し、全面二層p-TOPCon裏面コンタクトと組み合わせた構造これは基本的に従来のTOPConの鏡像反転であり、通常は前面ボロンエミッタと裏面n-TOPConコンタクトを使用する。

裏面二層コンタクト：同じ骨格、しかし3つの異なるプロセス調整点

26.66%の裏面コンタクトは次を使用する： SiOx / 低ドープn+ポリSi / SiOx / 高ドープn+ポリSi、ドーパントとしてリンを使用。

26.34%の裏面コンタクトは次を使用する： SiOx / 36 nmのp+ポリSi / SiOx / 90 nmのp+ポリSi、ボロンドープ。

両構造は同じ基本シーケンスに従う：底部SiOx、内側ポリSi、中間SiOx、外側ポリSi。しかしp-TOPCon版は長年の問題に対処する必要がある。

p-TOPConは常にパッシベーション対コンタクトのトレードオフに直面してきた。 ボロンはリンよりもSi/SiO₂界面でより多くの欠陥を生成する可能性があり、またp+ポリSiの金属化は正孔輸送の制限と従来の銀ペーストとp+ポリSiの弱い相互作用のために困難である。

比較項目	26.66%裏面コンタクト：全面n-TOPCon	26.34%裏面コンタクト：全面p-TOPCon
ドーパント極性	リン、n+	ボロン、p+
内側/外側ポリSi厚さ	約40 / 60 nm	36 / 90 nm；より厚い外側層はボロン拡散と金属化のためのより多くのマージンを提供する
中間SiOx	約1.5 nm、620°Cで熱酸化	約1 nm、650°Cでのin-situ熱酸化により形成；p+側では正孔トンネリングがすでにより困難であるため、より薄い
アニーリング	以前の分析では推定880～920°Cの範囲	1050°Cで30秒以上の予備アニーリングにより、98%の結晶化度を達成し、暗示Vocを747 mVに押し上げる
銀ペースト	従来のペースト、Ag浸透を制限するために外側アモルファス層と組み合わせる	4 wt% Na₂O/K₂O と粗銀粉末を含むアルカリ金属酸化物修飾ペーストで、接触抵抗率を 0.55 mΩ·cm² に低減
裏面モルフォロジー	従来の裏面研磨	p-TOPCon は表面テクスチャに敏感で、より低い J₀ が必要なため、平坦化した裏面研磨
主な目標	パッシベーションを維持しつつ Ag の貫通を阻止	Ag の貫通を阻止し、ホウ素関連の界面欠陥を抑制し、p+ ポリ Si のメタライゼーションを改善

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 予備アニール後の 98% 結晶化度、747 mV の暗黙の Voc、粗銀粉末を用いたアルカリ金属修飾ペーストによる 0.55 mΩ·cm² の接触抵抗率が含まれる。

見落としやすい細部が一つある。 外側の p+ ポリ Si 層は厚さ 90 nm で、n-TOPCon 側で使用される約 60 nm の外側層より 50% 厚い。

これは恣意的な増加ではない。ホウ素はリンよりもポリ Si 中の固溶度が低いため、高濃度ドープ領域は接触抵抗率を下げるためにより多くの厚さを必要とする。同時に、1050°C の予備アニール工程がホウ素を内側へ拡散させる。外側層を厚くすることで、ホウ素が貫通して底部 SiOx 層を損傷するのを防ぐのに役立つ。

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

前面：430 Ω/□ 戦略は局所化に置き換わる

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型 n-TOPCon 前面コンタクトにも依然として適用できるかどうかであった。

26.34% セルからの答えは明確である： 適用できない。設計は別の軌道へ移る。

26.66% セルは、シート抵抗 430 Ω/□ の従来のホウ素拡散前面エミッタを使用する。約 10 μm の微細金属フィンガーが、より弱い横方向導電性を補う。

26.34% セルは従来の前面ホウ素エミッタを除去し、それを置き換える： 幅約 210 μm のパターニングされた n-TOPCon フィンガーで、金属コンタクト領域の下にのみポリ Si を残す.

したがって、再結合低減メカニズムは、高いシート抵抗を通じてドーパント濃度を希釈することから、ポリ Si が覆う面積を減らすことへと変わる。

テクスチャが最初に改質される。 オゾンとHFを用いてピラミッド先端を丸める。これにより、鋭いテクスチャピーク周辺でのパッシベーション不良と銀ペースト腐食が低減される。
LPCVDに勾配熱場（GTF）が導入される。 ラマン半値全幅は8.4 cm⁻¹に達する。値が低いほど結晶性が良好であることを示す。勾配熱場は横方向と縦方向の両方の温度均一性を改善し、n+ poly-Siの結晶性を高める。
リン添加濃度は3.3 × 10²⁰ cm⁻³に達する。 これは26.66%裏面コンタクトで用いられたリン濃度より約一桁高い。表面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る。パッシベーションの大部分は全面裏面p-TOPConコンタクトが担っている。
フィンガー幅は約210 μmである。 Poly-Siは金属の下に残り、非コンタクトテクスチャ領域は被覆されないままとなる。これにより、全面poly-Siコンタクトと比較して表面側の寄生吸収が大幅に低減される。

430 Ω/□のアプローチはボロンエミッタ時代のものである。フィンガー型n-TOPCon構造では、再結合は以下によって制御される： 局所的なpoly-Si被覆、丸められた表面テクスチャ、およびGTF-LPCVDによる結晶性の改善、単にシート抵抗を増加させることによってではなく。

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に近い値でありながら、より高いJscも達成していることを説明するのに役立つ。局所的な表面コンタクトは、全面表面poly-Si構造に残るであろう寄生吸収を削減する。

2つの26%姉妹設計の並列比較

裏面二層SiOx/poly-Siコンタクト

層またはプロセス	26.66% n-TOPCon裏面	26.34% p-TOPCon裏面	差異の主な理由
下部SiOx	約1.3～1.6 nm、620°CのO₂中で形成	約1.8 nm、650°Cでin situ形成	p型側はホールトンネリングがより困難であっても、ボロン侵入に対するより強力なバリアが必要である
内部poly-Si	約40 nm、軽度にリン添加され、高結晶性	36 nm、軽度のホウ素ドープ	ホウ素は固溶度が低いため、より薄い内層でもパッシベーションを維持できる
中間SiOx	約1.5 nm、620°CのO₂中で形成	約1 nm、in situで形成	トンネリングはp型側でより厳しいため、中間層を厚くしすぎることはできない
外側poly-Si	約60 nm、高濃度リン添加で主にアモルファス	90 nm、高濃度ホウ素添加	p+ poly-Siのメタライゼーションはより困難で、より厚い層と改良ペーストが必要
アニーリング	約880～920°C	1050°Cの予備アニールで98%の結晶化度に到達	ホウ素はより高い活性化温度を必要とし、プロセスはホウ素関連の界面欠陥も制御しなければならない
銀ペースト	従来ペーストとアモルファス外層の組み合わせ	4 wt%のアルカリ金属酸化物と粗銀粉	p+ poly-Siのメタライゼーションは依然として主要なプロセスボトルネックの一つ

表面側の比較

項目	表面側26.66%	表面側26.34%
構造	全面ホウ素拡散エミッタ	幅約210 μmの局所n-TOPConフィンガー
再結合制御戦略	ドーピングを希釈するための430 Ω/□の高シート抵抗	poly-Si被覆率の低減と丸みを帯びたテクスチャの組み合わせ
表面テクスチャ	従来の逆ピラミッドテクスチャ	オゾンおよびHF処理した丸みピラミッド
poly-Si堆積	該当なし	Raman FWHM 8.4 cm⁻¹のGTF-LPCVD
ドーパント	ホウ素	3.3 × 10²⁰ cm⁻³のリン

26%超の裏面コンタクト開発について2つの論文が述べていること

総合的なメッセージはかなり直接的である。

25%のレベルでは、酸化層のピンホール挙動に焦点が当てられていました。26%のレベルでは、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移行しました。26.3%を超えると、ルートは分岐し始めます。n-TOPCon裏面コンタクトは両面発電の電気的相乗効果を追求する一方、p-TOPCon裏面コンタクトは局所的な表面フィンガーを備えたバックジャンクション配置へと向かいます。後者はすでに部分的なBC-TOPConアーキテクチャに近づいています。

銀の侵入を阻止するために使用される中間SiOx層は、両方の二層裏面コンタクト設計に共通する特徴です。しかし、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：

ホウ素を活性化し、結晶性を高め、ホウ素関連の界面問題を抑制するには、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には、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の対応品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の暗黙のVocに達し、26.66%設計で議論された推定全体暗黙のVocレベルよりもわずかに高くなりました。

直接適用可能な生産ラインのパラメータ

裏面研磨と平坦化を改善する。 p-TOPCon生産ラインは、裏面研磨を「十分に良い」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に対してより強い影響を与えます。
中間SiOx層を約1 nmでインサイチュ形成する。 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型側でFFが損なわれる可能性があります。
1050°Cの予備アニール工程を導入する。 この処理がないと、ホウ素の活性化と98%の結晶性を達成するのが難しく、747 mVの暗黙のVocは実現しそうにありません。
アルカリ金属酸化物修飾銀ペーストを使用する。 報告された配合は4 wt%のNa₂O/K₂Oと粗銀粉末を使用している。接触抵抗率0.55 mΩ·cm²はp-TOPCon側にとって厳しい目標である。従来のペーストはp+コンタクトで直列抵抗が急激に上昇する可能性がある。
フロントフィンガー幅を約210 μmに制御する。 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随する必要がある。フィンガー幅をさらに狭めれば寄生吸収を再び削減できる可能性があるが、二層スタックへのレーザー損傷を再評価する必要がある。

BC-TOPConへの次の問い

フロントn-TOPConフィンガーと全面二層p-TOPCon裏面コンタクトを備えた26.34%構造は、事実上BC-TOPConの部分版である。

次の論理的なステップは、裏面p-TOPConコンタクトも局在化し、裏面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あろう。それにより真のBC-TOPCon構造が実現する。

これは新たな問いを提起する。局在化した裏面p-TOPConコンタクトの中間SiOx層は純粋なSiO₂のままとすべきか、それとも OGO型ルートに従った窒素ドープSiOx に置き換えて電界パッシベーションを強化すべきか？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電界効果を二層SiOx/ポリSiコンタクトと組み合わせて用いる。

26.34%の研究では、裏面p-TOPConコンタクトが全面のままで局在化した電界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なかった。しかし、裏面p型コンタクトがフィンガー化されると、AlOx電界効果パッシベーションと二層SiOx/ポリSi構造の組み合わせが次段階の有力な選択肢となり得る。

タンデム関連のプロセス上の問いもある。32.73%タンデムで使用されたボトムセルはテクスチャードフロント表面を有する。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を示している。

しかし、局在化したn-TOPConフィンガーを備えたテクスチャードフロント表面全体で、フォトルミネッセンス均一性をどのように制御すべきか？過剰なレーザーエネルギーはピラミッド先端を局所的に焼損または平坦化する可能性がある。それは丸みピラミッド処理によって生み出されたプロセスウィンドウの一部を消費するかもしれない。

25.4%のDas Solarセルから26.66%および26.34%のセルに至る3つの研究を通じて、裏面コンタクトの論理は3世代を経てきた： 酸化膜ピンホール制御、銀の侵入に対する二重層保護、そして最終的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ある。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、コンタクト抵抗、レーザーダメージ、ホウ素活性化、電界効果パッシベーションを一つの結合系として最適化しなければならなくなる。より薄い中間SiOx層はFFを保護する可能性があるが、銀の侵入やホウ素による界面ダメージに対するマージンも小さくなる。次に有用な結果は、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だろう。