Tecnologia delle celle solari TBC (TOPCon Back Contact): Guida completa al processo

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 polisilicio) 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 e 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 dei contatti posteriori interdigitati 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 tunnel poly-Si

• TBC (POLO-IBC): struttura a contatto posteriore IBC più passivazione 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 posteriore → texturizzazione 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 oli; 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 di monitoraggio chiave:

• 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 sull'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 posteriore al fosforo (n-poly)

Scopo: diffondere il fosforo nel poli-Si intrinseco della seconda finestra per formare poli-Si fortemente 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 della tendenza delle perdite.

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 e laterali 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 e 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 di passivazione protettiva SiN posteriore

Scopo: depositare un film di passivazione protettiva SiN sulla struttura interdigitata P/N posteriore per passivare e proteggere l'area di contatto posteriore e bloccare l'attacco chimico nei passaggi successivi.

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 del 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 completa del contatto posteriore

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 della cera pulita senza residui.

3.12 Film di passivazione antiriflesso SiN anteriore e posteriore

Scopo: depositare un film di passivazione antiriflesso SiN sulla parte anteriore 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 argento-alluminio sulla zona P posteriore ed elettrodi d'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.

Principali sfide e su cosa concentrarsi

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

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

• Le due fasi 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 degli elettrodi a 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 entrambe le fasi

• 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 una terza fase 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.