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 заднего контакта IBC, поэтому его также называют POLO-IBC элементом.

Он глубоко интегрирует туннельный оксид / поли-Si пассивацию TOPCon с междигитальной компоновкой заднего контакта IBC. Это обеспечивает сильную пассивацию задней стороны TOPCon и преимущество IBC в отсутствии затенения от фронтальных контактов, при этом весь сбор тока перенесен на заднюю сторону. Результат — более высокое напряжение холостого хода и более высокий ток короткого замыкания. Это один из основных высокоэффективных маршрутов N-типа для следующего поколения.

Ключевые преимущества

• Отсутствие фронтальных металлических контактов, что устраняет потери на затенение и увеличивает Isc

• Туннельная пассивация TOPCon снижает рекомбинацию на задней стороне и повышает Voc

• Междигитальная компоновка P/N контактов на задней 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 контактов, полная пассивация TOPCon на задней 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 тыльного туннельного оксида + poly-Si (LPCVD) → осаждение маски SiN на тыл → первое лазерное открытие тыла (область бора) → легирование бором (p-poly) → второе лазерное открытие тыла (область фосфора) → легирование фосфором (n-poly) → очистка для удаления оберточного легирования / BSG / PSG → осаждение пассивирующей пленки на тыл → нанесение восковой маски для защиты тыла → текстурирование лицевой стороны + изотропное травление P/N → осаждение пассивирующей пленки SiN на лицевую и тыльную стороны → трафаретная печать тыльного металлического электрода → вжигание → электрические испытания → сортировка и упаковка

Подробные спецификации процесса

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 обеспечить равномерность последующего осаждения туннельного слоя.

Основное оборудование: линия мокрой очистки и полировки, щелочная полировальная 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

• Поверхностное отражение: 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 повреждений от резки, 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 нелегированного poly-Si на тыльной стороне пластины, формируя основную пассивирующую структуру TOPCon для сильной полевой и химической пассивации и низкой рекомбинации на тыле.

Основное оборудование: трубчатая 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 Нанесение маски SiN на тыльную сторону

Цель: нанести плотный слой нитрида кремния (SiNₓ) на собственный поли-Si в качестве блокирующей маски для последующих этапов лазерного открытия и легирования, обеспечивая создание селективных зон 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 обеспечения изоляции легирования.

3.4 Первое лазерное открытие тыльной стороны (окно для диффузии бора)

Цель: селективно удалить маску SiN в области диффузии бора с помощью локальной лазерной абляции, сохраняя подлежащий собственный поли-Si, открывая окно 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 подлежащий 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-poly)

Цель: провести борную диффузию собственного поли-Si в открытой области для преобразования его в сильно легированный поли p-типа (p-poly) с одновременным формированием BSG на поверхности. BSG впоследствии служит естественной блокирующей маской для диффузии фосфора.

Основное оборудование: трубчатая печь для борной диффузии.

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 задней 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 от повреждения лазером.

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 Легирование фосфором задней стороны (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 оберточной диффузии (удаление BSG/PSG)

Назначение: химическое удаление всех BSG, PSG и поверхностных остатков, а также удаление краевой оберточной и боковой легирующих слоев для предотвращения краевой утечки.

Основное оборудование: линия влажной химической очистки.

Ключевые химикаты: в основном HF, плюс кислотные добавки и буферная кислотная система.

Технологические средства: обдув чистым сухим воздухом, горячая воздушная сушка.

Контроль качества: полное удаление оксидного стекла, чистая поверхность без остатков, отсутствие оберточных остатков на краях.

3.9 Нанесение пассивирующего защитного слоя SiN на заднюю сторону

Назначение: нанесение пассивирующего защитного слоя SiN на заднюю междигитальную структуру P/N poly для пассивации и защиты области заднего контакта, а также для блокировки химического воздействия на последующих этапах.

Основное оборудование: PECVD.

Газовые источники: SiH₄, NH₃, N₂.

Характеристики: толщина SiN, показатель преломления, однородность пленки.

3.10 Нанесение защитного воскового покрытия на заднюю сторону (защитная маска)

Назначение: полностью покрыть тыльную сторону защитным слоем воска методом трафаретной печати для защиты сформированной P/N контактной структуры и пленки SiN, предотвращая воздействие последующего травления лицевой стороны на функциональные слои тыльной стороны.

Основное оборудование: трафаретный принтер (станция нанесения воска).

Контрольные точки: полное нанесение воска, отсутствие пропусков печати, отсутствие проколов, хорошая герметизация краев для защиты тыльной стороны на протяжении всего процесса.

3.11 Химическое травление лицевой стороны + удаление воска и очистка

Назначение:

1. Удаление избыточного легирования и поврежденных слоев на лицевой стороне пластины

2. Текстурирование лицевой стороны для формирования пирамидальной поверхности и снижения отражения

3. Достижение изоляции краев между P и N зонами тыльной стороны за счет бокового травления для уменьшения утечек по краям

4. Окончательное удаление восковой маски с тыльной стороны для обнажения полной структуры контактов

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 текстурирование лицевой стороны, качественная морфология пирамид, правильная изоляция P/N, отсутствие путей утечки, чистое удаление воска без остатка.

3.12 Передняя и задняя SiN антиотражающая пассивирующая пленка

Назначение: нанесение SiN антиотражающей пассивирующей пленки на лицевую сторону для антиотражения и пассивации поверхности; добавление и оптимизация пассивирующей пленки на тыльной стороне для дальнейшего улучшения пассивации и надежности.

Основное оборудование: PECVD.

Газовые источники: SiH₄, NH₃, N₂.

Характеристики: толщина пленки спереди и сзади, показатель преломления, время жизни неосновных носителей, коэффициент отражения.

3.13 Трафаретная печать и вжигание тыльных электродов

Назначение: нанесение серебряно-алюминиевых электродов на P-зону тыльной стороны и серебряных электродов на n-тип поликремниевую зону для формирования гребенчатых контактов положительного и отрицательного электродов, затем высокотемпературное вжигание для создания омического контакта между металлом и легированным поли-Si.

Основное оборудование: специализированный трафаретный принтер для контактов тыльной стороны, конвейерная печь вжигания.

Ключевые этапы: печать рисунка тыльных электродов с совмещением → сушка → высокотемпературное вжигание (формирование омического контакта).

3.14 Финальный контроль и сортировка

Процесс обработки: EL-инспекция (дефекты, микротрещины, утечки), IV-электрический тест (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 целостности самовыравнивающейся маски BSG является основой процесса

• Изоляционное травление межпальцевых P/N-областей склонно к краевой утечке

• Печать контактных электродов на тыльной стороне требует более высокой точности совмещения, чем у 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 изоляции края

Мнение Ooitech

TBC живет или умирает на деталях, и самовыравнивающаяся маска BSG здесь тихий герой, поскольку она позволяет областям фосфора и бора самоорганизовываться без третьего этапа маскирования. Что мы больше всего отслеживаем на линиях модулей, так это поведение этих высоковольтных тыльно-контактных элементов в дальнейшем при стрингинге и ламинации, потому что их металлизация полностью на тыльной стороне меняет правила соединения. Если хотите увидеть реальные работающие линии N-типа модулей, наш канал YouTube www.youtube.com/ooitech содержит видео с заводов, которые стоит посмотреть.