Технология солнечных элементов TBC (TOPCon Back Contact): Полное руководство по процессу
Содержание
Обзор технологии
Содержание ниже предоставлено только для справки. При наличии технических нарушений или некорректных указаний, свяжитесь с автором для удаления или исправления.
Что такое TBC элемент?
TBC расшифровывается как TOPCon Back Contact. Он объединяет пассивацию TOPCon (туннельный оксид плюс поликремний) с междигитальной структурой задних контактов IBC, поэтому его также называют POLO-IBC элементом.
Он глубоко интегрирует туннельный оксид / поли-Si пассивацию TOPCon с междигитальной компоновкой задних контактов IBC. Это обеспечивает сильную пассивацию тыльной стороны TOPCon и преимущество IBC в отсутствии затенения от фронтальных контактных линий, при этом весь сбор тока перенесен на тыл. Результат — более высокое напряжение холостого хода и более высокий ток короткого замыкания. Это один из основных путей N-типа высокой эффективности для следующего поколения.
Ключевые преимущества
Отсутствие фронтальных металлических контактных линий, что устраняет потери на затенение и увеличивает Isc
Туннельная пассивация TOPCon снижает рекомбинацию на тыльной стороне и повышает Voc
Междигитальная компоновка P/N контактов на тыльной стороне оптимизирует путь сбора носителей и снижает последовательное сопротивление
По сравнению со стандартным TOPCon и стандартным IBC, он балансирует качество пассивации и структурную интеграцию
Совместим с большинством основного оборудования на существующих линиях N-типа, что позволяет поэтапно модернизировать процесс
Сравнение с обычными элементами
Стандартный TOPCon: затенение от фронтальных контактных линий, полная пассивация TOPCon на тыльной стороне
Стандартный IBC: структура с задними контактами, но пассивация основана на оксиде кремния / нитриде кремния, без туннельной пассивации poly-Si
TBC (POLO-IBC): структура IBC с задними контактами плюс интегрированная туннельная пассивация TOPCon, поэтому оптимизированы как структура, так и пассивация
Обзор полного технологического процесса
Входная пластина → предварительная очистка / удаление поврежденного слоя → осаждение туннельного оксида и poly-Si на тыльной стороне (LPCVD) → осаждение маски SiN на тыльной стороне → первое лазерное открытие тыльной стороны (область бора) → легирование бором (p-poly) → второе лазерное открытие тыльной стороны (область фосфора) → легирование фосфором (n-poly) → очистка для удаления оберточной диффузии / BSG / PSG → осаждение пассивирующей пленки на тыльной стороне → нанесение восковой маски для защиты тыльной стороны → текстурирование лицевой стороны + изотропное травление для изоляции P/N → осаждение антиотражающей пассивирующей пленки SiN на лицевой и тыльной сторонах → трафаретная печать тыльного металлического электрода → вжигание → электрические испытания → сортировка и упаковка
Подробные технологические спецификации
3.1 Очистка и полировка (предварительная очистка + удаление поврежденного слоя)
Цель: удалить слой повреждений от резки, поверхностные металлические примеси, частицы и масло; отполировать пластину с одной или двух сторон для получения чистой, плоской кремниевой основы и обеспечения равномерности последующего осаждения туннельного слоя.
Основное оборудование: линия влажной очистки и полировки, щелочная полировочная ванна, кислотная очистная ванна.
Ключевые химикаты: сильная щелочь (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, текстурирующая добавка, поверхностно-активное вещество.
Ключевые контролируемые параметры:
Потеря веса при полировке: электронные весы
Отражательная способность поверхности: измеритель отражения
Время жизни неосновных носителей iVoc: WCT-120 измеритель времени жизни
Визуализация рекомбинации носителей: PL-тестер (R3-PL)
Шероховатость и чистота поверхности: оптический микроскоп
Контроль качества: полное удаление поврежденного слоя, отсутствие пятен или ступенек на поверхности, равномерная потеря веса, отсутствие заметного снижения времени жизни.
3.2 Осаждение туннельного оксида + poly-Si
Цель: вырастить ультратонкий туннельный оксид (SiO₂), затем слой собственного poly-Si на тыльной стороне пластины, формируя основную пассивирующую структуру TOPCon для сильной полевой и химической пассивации и низкой рекомбинации на тыльной стороне.
Основное оборудование: трубчатый LPCVD.
Газовые источники: SiH₄, O₂, N₂ (носитель / продувка).
Ключевые параметры:
Толщина поли-Si: измеритель толщины поли, эллипсометр
Толщина туннельного оксида: ECV, эллипсометр
iVoc (WCT-120)
Однородность PL
Удельное сопротивление (мониторинг собственного поли перед легированием)
Контроль качества: оксид сверхтонкий и однородный, поли-Si плотный и без проколов, хорошая однородность толщины по пластине.
3.3 Осаждение маски SiN на тыльной стороне
Цель: осаждение плотного слоя нитрида кремния (SiNₓ) на собственный поли-Si в качестве блокирующей маски для последующих этапов лазерного открытия и легирования, обеспечивая селективные зоны легирования.
Основное оборудование: PECVD.
Газовые источники: SiH₄, NH₃, N₂.
Ключевые параметры: толщина SiN (спектроскопический эллипсометр), показатель преломления и однородность, iVoc, однородность PL.
Контроль качества: плотная маска, без проколов, однородная толщина для гарантии изоляции легирования.
3.4 Первое лазерное открытие тыльной стороны (окно для диффузии бора)
Цель: селективное удаление маски SiN над областью диффузии бора с помощью локальной лазерной абляции с сохранением нижележащего собственного поли-Si, открытие окна для последующего p-типа поли.
Основное оборудование: волоконная / наносекундная или пикосекундная лазерная система открытия, высокоточный инструмент лазерного структурирования.
Настройка процесса: регулировка мощности лазера, частоты повторения, скорости сканирования и перекрытия пятен так, чтобы удалялась только верхняя маска SiN, а нижележащий собственный поли-Si не повреждался, сохраняя основу пассивации.
Ключевая характеристика: проверка формы канавки, целостности краев и наличия ожогов слоя поли с помощью оптического микроскопа.
3.5 Легирование бора на тыльной стороне (p-поли)
Цель: диффузия бора в собственный поли-Si в открытой области для преобразования его в сильно легированный поли p-типа (p-поли) с образованием BSG на поверхности. BSG впоследствии служит естественной блокирующей маской для диффузии фосфора.
Основное оборудование: трубчатая печь диффузии бора.
Технологические среды: жидкий источник BBr₃; атмосфера O₂, N₂.
Ключевая характеристика: удельное сопротивление p-зоны, однородность легирования, целостность покрытия BSG, однородность легирования по PL.
Контроль качества: достаточное легирование бором, однородное удельное сопротивление, непрерывный и полный BSG без локальных пропусков.
3.6 Второе лазерное открытие тыльной стороны (окно для диффузии фосфора)
Назначение: удаление оставшейся маски SiN для обнажения нелегированного собственного поли-Si как зоны n-типа для диффузии фосфора, при этом сохраняя уже сформированный слой BSG неповрежденным от лазерного воздействия.
Основное оборудование: система лазерного patterning / открытия.
Фокус процесса: точный контроль энергии лазера для предотвращения пробоя слоя BSG, сохранение чистой изолирующей границы между P и N зонами.
3.7 Тыльное легирование фосфором (n-poly)
Назначение: диффузия фосфора в собственный поли-Si второго окна для формирования сильно легированного поли n-типа (n-poly). BSG, сформированный на предыдущем этапе, работает как самовыравнивающаяся маска, блокируя диффузию фосфора в область p-poly и обеспечивая самоизоляцию P/N зон.
Основное оборудование: трубчатая печь для диффузии фосфора.
Технологические среды: жидкий источник POCl₃; атмосфера O₂, N₂.
Ключевой принцип: остаточный BSG действует как естественный диффузионный барьер и предотвращает загрязнение фосфором области p-poly. После диффузии фосфора BSG частично превращается в смешанный оксид бора и фосфора, что дополнительно усиливает изоляцию.
Ключевые характеристики: поверхностное сопротивление n-зоны, изоляция границы P/N, мониторинг тенденции утечки.
3.8 Очистка для удаления wrap-around диффузии (удаление BSG/PSG)
Назначение: химическое удаление всех BSG, PSG и поверхностных остатков, а также удаление краевых wrap-around и боковых легированных слоев для предотвращения краевой утечки.
Основное оборудование: линия влажной химической очистки.
Ключевые химикаты: в основном HF, а также кислотные добавки и буферная кислотная система.
Технологические средства: обдув чистым сухим воздухом, горячая сушка воздухом.
Контроль качества: полное удаление оксидного стекла, чистая поверхность без остатков, отсутствие wrap-around остатков на краях.
3.9 Нанесение тыльного пассивирующего защитного слоя SiN
Назначение: нанесение пассивирующего защитного слоя SiN на тыльную междигитальную структуру P/N поли для пассивации и защиты области тыльного контакта, а также блокировки химического воздействия на последующих этапах.
Основное оборудование: PECVD.
Газовые источники: SiH₄, NH₃, N₂.
Характеристики: толщина SiN, показатель преломления, однородность пленки.
3.10 Нанесение тыльного воскового маскирующего покрытия (защитная маска)
Назначение: полностью покрыть тыльную сторону защитным слоем воска методом трафаретной печати для защиты сформированной структуры P/N тыльного контакта и пленки SiN, предотвращая воздействие последующего фронтального травления на тыльные функциональные слои.
Основное оборудование: трафаретный принтер (станция нанесения воска).
Контрольные точки: полное нанесение воска, отсутствие пропусков печати, отсутствие проколов, хорошая герметизация краев, чтобы тыльная сторона оставалась защищенной на протяжении всего процесса.
3.11 Фронтальное химическое травление + удаление воска и очистка
Назначение:
Удаление избыточного легирования и поврежденных слоев на фронтальной стороне пластины
Текстурирование фронтальной стороны для формирования пирамидальной поверхности и снижения фронтального отражения
Достижение краевой изоляции между тыльными P и N зонами за счет бокового травления для уменьшения краевых утечек
Окончательное удаление тыльной восковой маски для обнажения полной структуры тыльного контакта
Основное оборудование: двусторонняя линия мокрого травления и текстурирования.
Ключевые химикаты: сильная щелочь (NaOH), HF, добавка для текстурирования, буферный травитель.
Источники газа: чистый сжатый воздух, обдув N₂.
Контроль качества: равномерное фронтальное текстурирование, качественная морфология пирамид, правильная изоляция P/N, отсутствие путей утечки, чистое удаление воска без остатков.
3.12 Фронтальная и тыльная SiN антиотражающая пассивирующая пленка
Назначение: нанесение SiN антиотражающей пассивирующей пленки на фронтальную сторону для антиотражения и пассивации поверхности; добавление и оптимизация тыльной пассивирующей пленки для дальнейшего улучшения пассивации и надежности.
Основное оборудование: PECVD.
Газовые источники: SiH₄, NH₃, N₂.
Характеристики: толщина фронтальной и тыльной пленок, показатель преломления, время жизни неосновных носителей, коэффициент отражения.
3.13 Трафаретная печать и вжигание тыльных электродов
Назначение: нанесение серебряно-алюминиевых электродов на тыльную P зону и серебряных электродов на n-тип поликремниевую зону для формирования гребенчатых тыльных контактов положительного и отрицательного электродов, затем высокотемпературное вжигание для формирования омического контакта между металлом и легированным поли-Si.
Основное оборудование: специализированный трафаретный принтер для тыльных контактов, конвейерная печь вжигания.
Ключевые этапы: совмещенная печать рисунка тыльных электродов → сушка → высокотемпературное вжигание (формирование омического контакта).
3.14 Финальный контроль и сортировка
Содержание процесса: EL-инспекция (дефекты, микротрещины, утечки), электрические испытания IV (Voc, Isc, FF, Eff), внешний осмотр, сортировка и классификация, упаковка и складирование.
Оборудование для инспекции: EL-тестер, IV-тестер, станция внешнего осмотра.
Ключевые проблемы и на что обратить внимание
Какие сложные части технологии TBC и куда следует направить внимание?
Контроль однородности толщины сверхтонкого туннельного оксида сложен
Два этапа лазерного открытия требуют чрезвычайно высокой точности совмещения
Сохранение самовыравнивающейся маски BSG является основой процесса
Изоляционное травление межпальцевых P/N структур склонно к краевой утечке
Печать контактных электродов задней стороны требует более высокой точности совмещения, чем для обычных элементов
Управление снижением времени жизни неосновных носителей на всем технологическом маршруте сложно
Ключевые параметры SPC для контроля
Толщина туннельного оксида и толщина поли-Si
Морфология лазерного открытия и отклонение совмещения для обоих этапов
Однородность поверхностного сопротивления диффузии бора и фосфора
iVoc и время жизни неосновных носителей PL, отслеживаемые на всем маршруте
Фронтальное отражение и морфология текстурирования
EL-микротрещины, утечки и состояние краевой изоляции
Мнение Ooitech
TBC живет или умирает на деталях, и самовыравнивающаяся маска BSG здесь тихий герой, так как она позволяет областям фосфора и бора самоорганизовываться без третьего этапа маски. Что мы больше всего отслеживаем на линиях модулей, так это поведение этих высоковольтных заднеконтактных элементов в дальнейшем при стринговании и ламинации, потому что их металлизация полностью на задней стороне меняет правила соединения. Если вы хотите увидеть реальные работающие линии N-типа модулей, наш канал YouTube www.youtube.com/ooitech содержит заводские кадры, которые стоит посмотреть.
