Panoramica della tecnologia

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Cos'è una cella TBC?

TBC sta per TOPCon Back Contact. Combina la passivazione TOPCon (ossido tunnel più silicio policristallino) con la struttura a contatto posteriore interdigitato IBC, per cui viene anche chiamata cella POLO-IBC.

Integra profondamente la passivazione TOPCon a ossido tunnel / poli-Si con la disposizione a contatto posteriore IBC. Ciò offre la forte passivazione posteriore di TOPCon più il vantaggio IBC di nessuna ombreggiatura delle linee di griglia frontali, con tutta la raccolta di corrente spostata sul retro. Il risultato è una tensione a circuito aperto più alta e una corrente di cortocircuito più alta. È una delle principali vie ad alta efficienza di tipo N per la prossima generazione.

Vantaggi principali

• Nessuna linea di griglia metallica frontale, quindi la perdita per ombreggiatura frontale è eliminata e Isc aumenta

• La passivazione a tunnel TOPCon riduce la ricombinazione posteriore e aumenta Voc

• La disposizione a contatto posteriore interdigitato P/N ottimizza il percorso di raccolta dei portatori e riduce la resistenza serie

• Rispetto a TOPCon standard e IBC standard, bilancia la qualità della passivazione e l'integrazione strutturale

• Compatibile con la maggior parte delle apparecchiature principali delle linee di tipo N esistenti, quindi il processo può essere aggiornato gradualmente

Confronto con le celle convenzionali

• TOPCon standard: ombreggiatura delle linee di griglia frontali, passivazione TOPCon su tutta l'area posteriore

• IBC standard: struttura a contatto posteriore, ma la passivazione si basa su ossido di silicio / nitruro di silicio, senza passivazione a tunnel poly-Si

• TBC (POLO-IBC): struttura a contatto posteriore IBC più passivazione a tunnel TOPCon integrata, quindi sia la struttura che la passivazione sono ottimizzate

Panoramica completa del flusso di processo

Wafer in ingresso → pre-pulizia / rimozione danni da sega → ossido tunnel posteriore + deposizione poly-Si (LPCVD) → deposizione maschera SiN posteriore → prima apertura laser posteriore (area boro) → drogaggio boro (p-poly) → seconda apertura laser posteriore (area fosforo) → drogaggio fosforo (n-poly) → pulizia per rimuovere diffusione avvolgente / BSG / PSG → deposizione film passivazione posteriore → stampa maschera cera per proteggere il retro → testurizzazione anteriore + incisione isolamento P/N → deposizione film antiriflesso SiN anteriore e posteriore → serigrafia elettrodo metallico posteriore → cottura → test elettrico → smistamento e imballaggio

Specifiche dettagliate del processo

3.1 Pulizia e lucidatura (pre-pulizia + rimozione danni da sega)

Scopo: rimuovere lo strato danneggiato dalla sega, impurità metalliche superficiali, particelle e olio; lucidare il wafer su uno o entrambi i lati per ottenere una base di silicio pulita e piana e garantire una deposizione uniforme dello strato tunnel successivo.

Apparecchiatura principale: linea di pulizia e lucidatura a umido in linea, vasca di lucidatura alcalina, vasca di pulizia acida.

Prodotti chimici chiave: alcali forti (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, additivo per texturizzazione, tensioattivo.

Elementi chiave di monitoraggio:

• Perdita di peso in lucidatura: bilancia elettronica

• Riflettanza superficiale: tester di riflettanza

• Tempo di vita dei portatori minoritari iVoc: tester di vita transitoria WCT-120

• Imaging di ricombinazione dei portatori: tester PL (R3-PL)

• Rugosità e pulizia superficiale: microscopio ottico

Controllo qualità: danni da sega completamente rimossi, nessuna macchia o gradino sulla superficie, perdita di peso uniforme, nessun calo evidente del tempo di vita.

3.2 Deposizione di ossido tunnel + poly-Si

Scopo: far crescere un ossido tunnel ultra-sottile (SiO₂) e quindi uno strato poly-Si intrinseco sul retro del wafer, formando la struttura di passivazione TOPCon centrale per una forte passivazione di campo e chimica e una bassa ricombinazione posteriore.

Apparecchiatura principale: LPCVD a tubo.

Fonti di gas: SiH₄, O₂, N₂ (carrier / spurgo).

Elementi chiave:

• Spessore del poli-Si: tester di spessore del poli, ellipsometro

• Spessore dell'ossido tunnel: ECV, ellipsometro

• iVoc (WCT-120)

• Uniformità PL

• Resistenza di strato (monitoraggio del poli intrinseco prima del drogaggio)

Controllo qualità: ossido ultra-sottile e uniforme, poli-Si denso e senza fori, buona consistenza dello spessore su tutta la wafer.

3.3 Deposizione della maschera SiN posteriore

Scopo: depositare uno strato denso di nitruro di silicio (SiNₓ) sul poli-Si intrinseco come maschera di blocco per le successive fasi di apertura laser e drogaggio, consentendo zone di drogaggio selettive.

Apparecchiatura principale: PECVD.

Fonti di gas: SiH₄, NH₃, N₂.

Elementi chiave: spessore SiN (ellipsometro spettroscopico), indice di rifrazione e uniformità, iVoc, uniformità PL.

Controllo qualità: maschera densa, senza fori, spessore uniforme per garantire l'isolamento del drogaggio.

3.4 Prima apertura laser posteriore (finestra di diffusione del boro)

Scopo: rimuovere selettivamente la maschera SiN nell'area di diffusione del boro mediante ablazione laser locale, mantenendo intatto il poli-Si intrinseco sottostante, aprendo la finestra per il successivo poli di tipo p.

Apparecchiatura principale: sistema di apertura laser a fibra / nanosecondi o picosecondi, strumento di patterning laser ad alta precisione.

Regolazione del processo: regolare potenza laser, frequenza di ripetizione, velocità di scansione e sovrapposizione dei punti in modo che venga rimossa solo la maschera SiN superiore e il poli-Si intrinseco sottostante non venga danneggiato, mantenendo intatta la base di passivazione.

Caratterizzazione chiave: controllo al microscopio ottico della forma del solco, dell'integrità dei bordi e se lo strato di poli è bruciato.

3.5 Drogaggio posteriore con boro (p-poly)

Scopo: diffondere boro nel poli-Si intrinseco nell'area aperta per convertirlo in poli pesantemente drogato di tipo p (p-poly), formando BSG sulla superficie. Il BSG funge successivamente da maschera di blocco naturale per la diffusione del fosforo.

Apparecchiatura principale: forno di diffusione del boro a tubo.

Mezzo di processo: fonte liquida BBr₃; ambiente O₂, N₂.

Caratterizzazione chiave: resistenza di strato della zona p, uniformità del drogaggio, integrità della copertura BSG, uniformità del drogaggio PL.

Controllo qualità: drogaggio sufficiente con boro, resistenza di strato uniforme, BSG continuo e completo senza lacune locali.

3.6 Apertura laser posteriore da 3,6 secondi (finestra di diffusione del fosforo)

Scopo: rimuovere la maschera SiN rimanente per esporre il poli-Si intrinseco non drogato come zona di drogaggio al fosforo di tipo n, mantenendo intatto lo strato BSG già formato dai danni del laser.

Apparecchiatura principale: sistema di patterning/apertura laser.

Focus del processo: controllo preciso dell'energia laser per evitare di perforare lo strato BSG, mantenendo un confine di isolamento pulito tra le zone P e N.

3.7 Drogaggio al fosforo posteriore (n-poly)

Scopo: diffondere il fosforo nel poli-Si intrinseco della seconda finestra per formare poli pesantemente drogato di tipo n (n-poly). Il BSG formato nel passaggio precedente funge da maschera autoallineante, bloccando la diffusione del fosforo nell'area p-poly e ottenendo l'auto-isolamento delle zone P/N.

Apparecchiatura principale: forno di diffusione al fosforo a tubo.

Mezzo di processo: fonte liquida POCl₃; ambiente O₂, N₂.

Principio chiave: il BSG residuo agisce come barriera di diffusione naturale e impedisce la contaminazione da fosforo dell'area p-poly. Dopo la diffusione del fosforo, il BSG si trasforma parzialmente in un ossido misto boro-fosforo, che rafforza ulteriormente l'isolamento.

Caratterizzazione chiave: resistenza di strato della zona n, isolamento del confine P/N, monitoraggio delle tendenze di perdita.

3.8 Pulizia per rimuovere la diffusione avvolgente (rimozione BSG/PSG)

Scopo: rimuovere chimicamente tutto il BSG, PSG e i residui superficiali, e rimuovere gli strati di drogaggio avvolgenti sui bordi per evitare perdite ai bordi.

Apparecchiatura principale: linea di pulizia a umido in linea.

Prodotti chimici chiave: principalmente HF, più additivi acidi e un sistema acido tamponato.

Ausili di processo: soffiaggio ad aria secca pulita, asciugatura ad aria calda.

Controllo qualità: vetro di ossido completamente rimosso, superficie pulita senza residui, nessun residuo di avvolgimento ai bordi.

3.9 Deposizione del film protettivo di passivazione SiN posteriore

Scopo: depositare un film protettivo di passivazione SiN sulla struttura interdigitata P/N poly posteriore per passivare e proteggere l'area di contatto posteriore e bloccare l'attacco chimico nelle fasi successive.

Apparecchiatura principale: PECVD.

Fonti di gas: SiH₄, NH₃, N₂.

Caratterizzazione: spessore SiN, indice di rifrazione, uniformità del film.

3.10 Rivestimento con maschera di cera posteriore (maschera protettiva)

Scopo: rivestire completamente il retro con uno strato protettivo di cera mediante serigrafia per proteggere la struttura di contatto posteriore P/N e il film SiN, impedendo che l'attacco frontale successivo danneggi gli strati funzionali posteriori.

Apparecchiatura principale: serigrafo (stazione di stampa della cera).

Controllo focus: stampa completa della cera, nessuna stampa saltata, nessun foro, buona sigillatura dei bordi in modo che il retro rimanga protetto per tutto il processo.

3.11 Attacco chimico frontale + rimozione della cera e pulizia

Scopo:

1. Rimuovere il drogaggio in eccesso e gli strati danneggiati sulla parte frontale della wafer

2. Testurizzare la parte frontale per formare una superficie piramidale e ridurre la riflessione frontale

3. Ottenere l'isolamento dei bordi tra le zone P e N posteriori mediante attacco laterale per ridurre le perdite di bordo

4. Infine rimuovere la maschera di cera posteriore per esporre la struttura di contatto posteriore completa

Apparecchiatura principale: linea di attacco chimico e testurizzazione in linea a doppia faccia.

Prodotti chimici chiave: alcali forti (NaOH), HF, additivo per testurizzazione, attaccante tamponato.

Fonti di gas: aria compressa pulita, soffiaggio N₂.

Controllo qualità: testurizzazione frontale uniforme, morfologia piramidale qualificata, corretta isolamento P/N, nessun percorso di perdita, rimozione pulita della cera senza residui.

3.12 Film di passivazione antiriflesso SiN anteriore e posteriore

Scopo: depositare un film di passivazione antiriflesso SiN sulla parte frontale per antiriflesso e passivazione superficiale; aggiungere e ottimizzare il film di passivazione posteriore per migliorare ulteriormente la passivazione e l'affidabilità.

Apparecchiatura principale: PECVD.

Fonti di gas: SiH₄, NH₃, N₂.

Caratterizzazione: spessore del film anteriore e posteriore, indice di rifrazione, tempo di vita dei portatori minoritari, riflettanza.

3.13 Serigrafia e cottura dell'elettrodo posteriore

Scopo: stampare elettrodi in argento-alluminio sulla zona P posteriore ed elettrodi in argento sulla zona poli-n per formare gli elettrodi positivo e negativo del contatto posteriore interdigitato, quindi utilizzare la cottura ad alta temperatura per formare un contatto ohmico tra il metallo e il poli-Si drogato.

Apparecchiatura principale: serigrafo dedicato per contatto posteriore, forno di cottura in linea.

Passaggi chiave: stampa di allineamento del pattern dell'elettrodo posteriore → essiccazione → cottura ad alta temperatura (formazione del contatto ohmico).

3.14 Ispezione e smistamento finali

Contenuto del processo: ispezione EL (difetti, micro-cricche, perdite), test elettrico IV (Voc, Isc, FF, Eff), ispezione visiva, classificazione e smistamento, imballaggio e stoccaggio.

Apparecchiature di ispezione: tester EL, tester IV, stazione di ispezione visiva.

Key Challenges and What to Focus On

Quali sono le parti difficili della tecnologia TBC e dove dovrebbe andare l'attenzione?

• Controllare l'uniformità dello spessore dell'ossido tunnel ultra-sottile è difficile

• I due passaggi di apertura laser richiedono una precisione di allineamento estremamente elevata

• Mantenere intatta la maschera auto-allineante BSG è il cuore del processo

• L'incisione di isolamento interdigitato P/N è soggetta a perdite di bordo

• La stampa dell'elettrodo di contatto posteriore richiede una precisione di allineamento maggiore rispetto alle celle convenzionali

• Gestire il decadimento della durata dei portatori minoritari lungo tutto il flusso è difficile

Parametri SPC chiave da monitorare

• Spessore dell'ossido tunnel e spessore del polisilicio

• Morfologia dell'apertura laser e deviazione di allineamento per entrambi i passaggi

• Uniformità della resistenza di strato della diffusione di boro e fosforo

• iVoc e durata dei portatori minoritari PL monitorati lungo tutto il flusso

• Riflettanza frontale e morfologia della testurizzazione

• Micro-cricche EL, perdite e stato di isolamento dei bordi

Il punto di vista di Ooitech

TBC vive o muore sui dettagli, e la maschera auto-allineante BSG è l'eroe silenzioso qui, poiché permette alle zone di fosforo e boro di organizzarsi senza un terzo passaggio di maschera. Ciò che monitoriamo di più sulle linee di moduli è come queste celle a contatto posteriore ad alto Voc si comportano a valle nella stringatura e laminazione, perché la loro metallizzazione tutta posteriore cambia il gioco dell'interconnessione. Se vuoi vedere linee di moduli N-type reali in funzione, il nostro canale YouTube www.youtube.com/ooitech ha filmati di fabbrica che vale la pena vedere.