เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ TBC (TOPCon Back Contact): คู่มือกระบวนการทั้งหมด
สารบัญ
ภาพรวมเทคโนโลยี
เนื้อหาด้านล่างนี้แชร์เพื่อการอ้างอิงเท่านั้น หากมีการละเมิดทางเทคนิคหรือคำแนะนำที่ไม่ถูกต้อง โปรดติดต่อผู้เขียนเพื่อลบหรือแก้ไข
เซลล์ TBC คืออะไร?
TBC ย่อมาจาก TOPCon Back Contact เป็นการผสานการพาสซีฟแบบ TOPCon (tunnel oxide บวก poly-silicon) เข้ากับโครงสร้าง back contact แบบ IBC ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าเซลล์ POLO-IBC
เป็นการบูรณาการเชิงลึกของการพาสซีฟแบบ TOPCon tunnel oxide / poly-Si เข้ากับรูปแบบ back contact แบบ IBC ทำให้ได้ทั้งการพาสซีฟด้านหลังที่แข็งแกร่งของ TOPCon และข้อดีของ IBC ที่ไม่มีเงาจาก gridline ด้านหน้า โดยกระแสทั้งหมดถูกเก็บที่ด้านหลัง ผลลัพธ์คือแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่สูงขึ้นและกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่สูงขึ้น เป็นหนึ่งในแนวทางหลักของเซลล์ชนิด N ประสิทธิภาพสูงสำหรับรุ่นต่อไป
ข้อได้เปรียบหลัก
ไม่มีเส้นตารางโลหะด้านหน้า ดังนั้นการสูญเสียจากการบังแดดด้านหน้าจึงถูกกำจัด และ Isc เพิ่มขึ้น
การพาสซีฟแบบ tunnel ของ TOPCon ลดการรวมตัวใหม่ที่ด้านหลังและเพิ่ม Voc
รูปแบบ back contact แบบสลับ P/N ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางการเก็บประจุและลดความต้านทานอนุกรม
เมื่อเทียบกับ TOPCon มาตรฐานและ IBC มาตรฐาน จะสร้างสมดุลระหว่างคุณภาพการพาสซีฟและการบูรณาการโครงสร้าง
เข้ากันได้กับอุปกรณ์หลักส่วนใหญ่ในสายการผลิต N-type ที่มีอยู่ ดังนั้นจึงสามารถอัปเกรดกระบวนการได้ทีละขั้น
เปรียบเทียบกับเซลล์ทั่วไป
TOPCon มาตรฐาน: มีเงาจาก gridline ด้านหน้า, การพาสซีฟแบบ TOPCon เต็มพื้นที่ด้านหลัง
IBC มาตรฐาน: โครงสร้างหน้าสัมผัสด้านหลัง แต่การพาสซิเวชันอาศัยซิลิกอนออกไซด์/ซิลิกอนไนไตรด์ ไม่มีการพาสซิเวชันแบบอุโมงค์โพลี-Si
TBC (POLO-IBC): โครงสร้างหน้าสัมผัสด้านหลัง IBC รวมกับการพาสซิเวชันแบบอุโมงค์ TOPCon ที่ผสานกัน ดังนั้นทั้งโครงสร้างและการพาสซิเวชันได้รับการปรับให้เหมาะสม
ภาพรวมกระบวนการผลิตทั้งหมด
เวเฟอร์เข้า → ทำความสะอาดล่วงหน้า / กำจัดชั้นเสียหายจากการเลื่อย → ปลูกออกไซด์อุโมงค์ด้านหลัง + การสะสมโพลี-Si (LPCVD) → การสะสมชั้น SiN มาสก์ด้านหลัง → การเปิดเลเซอร์ด้านหลังครั้งแรก (พื้นที่โบรอน) → การโด๊ปโบรอน (p-poly) → การเปิดเลเซอร์ด้านหลังครั้งที่สอง (พื้นที่ฟอสฟอรัส) → การโด๊ปฟอสฟอรัส (n-poly) → ทำความสะอาดเพื่อลบการแพร่รอบข้าง / BSG / PSG → การสะสมฟิล์มพาสซิเวชันด้านหลัง → การพิมพ์มาสก์แว็กซ์เพื่อป้องกันด้านหลัง → การเท็กซ์เจอร์ด้านหน้า + การกัดแยก P/N → การสะสมฟิล์มพาสซิเวชันกันสะท้อน SiN ด้านหน้าและด้านหลัง → การพิมพ์สกรีนอิเล็กโทรดโลหะด้านหลัง → การเผา → การทดสอบทางไฟฟ้า → การคัดแยกและบรรจุ
ข้อกำหนดกระบวนการโดยละเอียด
3.1 การทำความสะอาดและขัดเงา (ทำความสะอาดล่วงหน้า + กำจัดชั้นเสียหายจากการเลื่อย)
วัตถุประสงค์: กำจัดชั้นเสียหายจากการเลื่อย สิ่งเจือปนโลหะบนพื้นผิว อนุภาคและน้ำมัน ขัดเงาเวเฟอร์ด้านเดียวหรือสองด้านเพื่อให้ได้ฐานซิลิกอนที่สะอาดและเรียบ และทำให้การสะสมชั้นอุโมงค์ในภายหลังสม่ำเสมอ
อุปกรณ์หลัก: สายการทำความสะอาดและขัดเงาแบบเปียกในสายการผลิต ถังขัดเงาอัลคาไลน์ ถังทำความสะอาดกรด
สารเคมีสำคัญ: ด่างแก่ (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, สารเติมแต่งเท็กซ์เจอร์, สารลดแรงตึงผิว
รายการตรวจสอบสำคัญ:
น้ำหนักที่ลดลงจากการขัดเงา: เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์
การสะท้อนแสงของพื้นผิว: เครื่องวัดการสะท้อนแสง
อายุของพาหะส่วนน้อย iVoc: เครื่องวัดอายุชั่วคราว WCT-120
การถ่ายภาพการรวมตัวของพาหะ: เครื่อง PL (R3-PL)
ความหยาบและความสะอาดของพื้นผิว: กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
การควบคุมคุณภาพ: กำจัดชั้นเสียหายจากการเลื่อยอย่างสมบูรณ์ ไม่มีคราบหรือขั้นบันไดบนพื้นผิว น้ำหนักที่ลดลงสม่ำเสมอ ไม่มีอายุของพาหะลดลงอย่างชัดเจน
3.2 การสะสมออกไซด์อุโมงค์ + โพลี-Si
วัตถุประสงค์: ปลูกออกไซด์อุโมงค์บางพิเศษ (SiO₂) จากนั้นชั้นโพลี-Si บริสุทธิ์บนด้านหลังของเวเฟอร์ สร้างโครงสร้างพาสซิเวชันหลัก TOPCon สำหรับการพาสซิเวชันสนามและเคมีที่แข็งแกร่ง และการรวมตัวด้านหลังต่ำ
อุปกรณ์หลัก: ท่อ LPCVD
แหล่งก๊าซ: SiH₄, O₂, N₂ (ก๊าซพา/ไล่)
รายการสำคัญ:
ความหนาของโพลีซิลิคอน: เครื่องวัดความหนาโพลี, อิลลิปโซมิเตอร์
ความหนาของออกไซด์อุโมงค์: ECV, อิลลิปโซมิเตอร์
iVoc (WCT-120)
ความสม่ำเสมอของ PL
ความต้านทานแผ่น (การตรวจสอบโพลีภายในก่อนการโด๊ป)
การควบคุมคุณภาพ: ออกไซด์บางพิเศษและสม่ำเสมอ, โพลี-Si หนาแน่นและไม่มีรูพรุน, ความสม่ำเสมอของความหนาทั่วแผ่นเวเฟอร์
3.3 การเคลือบ SiN ด้านหลัง
วัตถุประสงค์: เคลือบชั้นซิลิคอนไนไตรด์ (SiNₓ) ที่หนาแน่นบนโพลี-Si ภายในเพื่อใช้เป็นหน้ากากกั้นสำหรับขั้นตอนการเปิดด้วยเลเซอร์และการโด๊ปในภายหลัง ทำให้เกิดโซนการโด๊ปแบบเลือก
อุปกรณ์หลัก: PECVD
แหล่งก๊าซ: SiH₄, NH₃, N₂
รายการสำคัญ: ความหนาของ SiN (สเปกโทรสโกปิกอิลลิปโซมิเตอร์), ดัชนีหักเหและความสม่ำเสมอ, iVoc, ความสม่ำเสมอของ PL
การควบคุมคุณภาพ: หน้ากากหนาแน่น, ไม่มีรูพรุน, ความหนาสม่ำเสมอเพื่อรับประกันการแยกการโด๊ป
3.4 การเปิดเลเซอร์ด้านหลังครั้งแรก (หน้าต่างการแพร่โบรอน)
วัตถุประสงค์: ลบหน้ากาก SiN เฉพาะบริเวณการแพร่โบรอนโดยการเลเซอร์เฉพาะที่ ในขณะที่รักษาโพลี-Si ภายในไว้ด้านล่าง เปิดหน้าต่างสำหรับโพลีชนิด p ในภายหลัง
อุปกรณ์หลัก: ระบบเปิดเลเซอร์ไฟเบอร์/นาโนวินาทีหรือพิโควินาที, เครื่องมือสร้างลวดลายเลเซอร์ความแม่นยำสูง
การปรับแต่งกระบวนการ: ปรับกำลังเลเซอร์, อัตราการทำซ้ำ, ความเร็วสแกน และการซ้อนทับจุด เพื่อให้เฉพาะหน้ากาก SiN ด้านบนถูกลบออก และโพลี-Si ภายในด้านล่างไม่เสียหาย คงฐานพาสซิเวชันไว้
การตรวจสอบหลัก: ตรวจสอบรูปร่างร่อง, ความสมบูรณ์ของขอบ และว่าเลเยอร์โพลีถูกไหม้หรือไม่ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
3.5 การโด๊ปโบรอนด้านหลัง (p-poly)
วัตถุประสงค์: แพร่โบรอนเข้าไปในโพลี-Si ภายในในพื้นที่ที่เปิด เพื่อเปลี่ยนเป็นโพลีชนิด p ที่โด๊ปหนัก (p-poly) พร้อมกับสร้าง BSG บนพื้นผิว BSG จะทำหน้าที่เป็นหน้ากากกั้นตามธรรมชาติสำหรับการแพร่ฟอสฟอรัสในภายหลัง
อุปกรณ์หลัก: เตาเผาแพร่โบรอนแบบท่อ
สื่อกระบวนการ: แหล่งของเหลว BBr₃; บรรยากาศ O₂, N₂
การตรวจสอบหลัก: ความต้านทานแผ่นของโซน p, ความสม่ำเสมอของการโด๊ป, ความสมบูรณ์ของการปกคลุมของ BSG, ความสม่ำเสมอของการโด๊ปด้วย PL
การควบคุมคุณภาพ: การโด๊ปโบรอนเพียงพอ, ความต้านทานแผ่นสม่ำเสมอ, BSG ต่อเนื่องและสมบูรณ์ไม่มีช่องว่างเฉพาะที่
3.6 การเปิดเลเซอร์ด้านหลังครั้งที่สอง (หน้าต่างการแพร่ฟอสฟอรัส)
วัตถุประสงค์: กำจัดหน้ากาก SiN ที่เหลือเพื่อเปิดเผย poly-Si ที่ไม่โด๊ปเป็นบริเวณโด๊ปฟอสฟอรัสชนิด n ในขณะที่รักษาชั้น BSG ที่เกิดขึ้นแล้วให้ไม่ได้รับความเสียหายจากเลเซอร์
อุปกรณ์หลัก: ระบบการสร้างลวดลาย/การเปิดด้วยเลเซอร์
จุดเน้นกระบวนการ: การควบคุมพลังงานเลเซอร์อย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการทะลุผ่านชั้น BSG ทำให้ขอบเขตการแยกระหว่างโซน P และ N สะอาด
3.7 การโด๊ปฟอสฟอรัสด้านหลัง (n-poly)
วัตถุประสงค์: แพร่ฟอสฟอรัสเข้าไปใน poly-Si ที่ไม่โด๊ปของหน้าต่างที่สองเพื่อสร้าง poly ที่โด๊ปหนักชนิด n (n-poly) BSG ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนก่อนหน้าทำหน้าที่เป็นหน้ากากแบบปรับแนวได้เอง ป้องกันฟอสฟอรัสไม่ให้แพร่เข้าไปในบริเวณ p-poly และทำให้เกิดการแยกโซน P/N ด้วยตัวเอง
อุปกรณ์หลัก: เตาแพร่ฟอสฟอรัสแบบท่อ
ตัวกลางกระบวนการ: แหล่งของเหลว POCl₃; สภาพแวดล้อม O₂, N₂
หลักการสำคัญ: BSG ที่เหลือทำหน้าที่เป็นตัวกั้นการแพร่ตามธรรมชาติและหยุดการปนเปื้อนฟอสฟอรัสในบริเวณ p-poly หลังจากการแพร่ฟอสฟอรัส BSG ส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นออกไซด์ผสมโบรอน-ฟอสฟอรัส ซึ่งช่วยเสริมการแยกให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้น
การตรวจสอบสำคัญ: ความต้านทานแผ่นของโซน n, การแยกขอบเขต P/N, การติดตามแนวโน้มการรั่วไหล
3.8 การทำความสะอาดเพื่อลบการแพร่รอบขอบ (การกำจัด BSG/PSG)
วัตถุประสงค์: กำจัด BSG, PSG และสิ่งตกค้างบนพื้นผิวทั้งหมดด้วยสารเคมี และลบชั้นการแพร่รอบขอบและด้านข้างเพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วไหลที่ขอบ
อุปกรณ์หลัก: สายการทำความสะอาดแบบเปียกในสายการผลิต
สารเคมีสำคัญ: ส่วนใหญ่เป็น HF ร่วมกับสารเติมแต่งที่เป็นกรดและระบบกรดบัฟเฟอร์
ตัวช่วยกระบวนการ: การเป่าลมแห้งสะอาด, การอบแห้งด้วยลมร้อน
การควบคุมคุณภาพ: ฟิล์มออกไซด์ถูกกำจัดออกหมด, พื้นผิวสะอาดไม่มีสิ่งตกค้าง, ไม่มีสิ่งตกค้างรอบขอบ
3.9 การเคลือบฟิล์มป้องกัน SiN ด้านหลัง
วัตถุประสงค์: เคลือบฟิล์มป้องกัน SiN บนโครงสร้าง poly P/N แบบสลับฟันปลาด้านหลังเพื่อพาสซิเวทและป้องกันบริเวณหน้าสัมผัสด้านหลัง และป้องกันการโจมตีทางเคมีในขั้นตอนถัดไป
อุปกรณ์หลัก: PECVD
แหล่งก๊าซ: SiH₄, NH₃, N₂
การตรวจสอบ: ความหนาของ SiN, ดัชนีหักเห, ความสม่ำเสมอของฟิล์ม
3.10 การเคลือบหน้ากากแว็กซ์ด้านหลัง (หน้ากากป้องกัน)
วัตถุประสงค์: เคลือบด้านหลังด้วยชั้นป้องกันแว็กซ์โดยการพิมพ์สกรีนเพื่อป้องกันโครงสร้างหน้าสัมผัสด้านหลัง P/N และฟิล์ม SiN ที่ถูกสร้างขึ้น ป้องกันไม่ให้การกัดด้านหน้าภายหลังทำลายชั้นฟังก์ชันด้านหลัง
อุปกรณ์หลัก: เครื่องพิมพ์สกรีน (สถานีพิมพ์แว็กซ์)
จุดควบคุม: พิมพ์แว็กซ์ให้สมบูรณ์ ไม่มีการพิมพ์ข้าม ไม่มีรูเข็ม ขอบปิดสนิทเพื่อให้ด้านหลังได้รับการปกป้องตลอดกระบวนการ
3.11 การกัดเคมีด้านหน้า + การลอกแว็กซ์และทำความสะอาด
วัตถุประสงค์:
กำจัดสารเจือปนส่วนเกินและชั้นที่เสียหายบนด้านหน้าของเวเฟอร์
ทำให้ด้านหน้ามีพื้นผิวเป็นพีระมิดเพื่อลดการสะท้อนแสงด้านหน้า
สร้างการแยกขอบระหว่างโซน P และ N ด้านหลังผ่านการกัดด้านข้างเพื่อลดการรั่วไหลที่ขอบ
สุดท้ายลอกหน้ากากแว็กซ์ด้านหลังเพื่อเผยโครงสร้างหน้าสัมผัสด้านหลังที่สมบูรณ์
อุปกรณ์หลัก: สายการกัดเปียกและการสร้างพื้นผิวแบบสองด้านใน-line
สารเคมีสำคัญ: ด่างแก่ (NaOH), HF, สารเติมแต่งการสร้างพื้นผิว, สารกัดบัฟเฟอร์
แหล่งก๊าซ: อากาศอัดสะอาด, การเป่าแห้งด้วย N₂
การควบคุมคุณภาพ: การสร้างพื้นผิวด้านหน้าที่สม่ำเสมอ, สัณฐานพีระมิดที่ได้มาตรฐาน, การแยก P/N ที่เหมาะสม, ไม่มีเส้นทางการรั่วไหล, การลอกแว็กซ์ที่สะอาดไม่มีสารตกค้าง
3.12 ฟิล์ม SiN ป้องกันการสะท้อนและพาสซิเวชันด้านหน้าและด้านหลัง
วัตถุประสงค์: เคลือบฟิล์ม SiN ป้องกันการสะท้อนและพาสซิเวชันที่ด้านหน้าเพื่อทั้งป้องกันการสะท้อนและพาสซิเวชันพื้นผิว; เพิ่มและปรับฟิล์มพาสซิเวชันด้านหลังให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุงพาสซิเวชันและความน่าเชื่อถือ
อุปกรณ์หลัก: PECVD
แหล่งก๊าซ: SiH₄, NH₃, N₂
ลักษณะเฉพาะ: ความหนาของฟิล์มด้านหน้าและด้านหลัง, ดัชนีหักเห, อายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อย, การสะท้อนแสง
3.13 การพิมพ์สกรีนและการเผาอิเล็กโทรดด้านหลัง
วัตถุประสงค์: พิมพ์อิเล็กโทรดเงิน-อะลูมิเนียมบนโซน P ด้านหลังและอิเล็กโทรดเงินบนโซน n-type poly เพื่อสร้างอิเล็กโทรดบวกและลบแบบ interdigitated back contact จากนั้นใช้การเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างหน้าสัมผัสโอห์มิกระหว่างโลหะและ poly-Si ที่เจือ
อุปกรณ์หลัก: เครื่องพิมพ์สกรีนเฉพาะสำหรับ back contact, เตาเผาแบบ in-line
ขั้นตอนสำคัญ: การพิมพ์แนวอิเล็กโทรดด้านหลังแบบจัดตำแหน่ง → การอบแห้ง → การเผาที่อุณหภูมิสูง (สร้างหน้าสัมผัสโอห์มิก)
3.14 การตรวจสอบและคัดแยกขั้นปลาย
กระบวนการผลิต: การตรวจสอบ EL (ข้อบกพร่อง, รอยแตกขนาดเล็ก, การรั่วไหล), การทดสอบทางไฟฟ้า IV (Voc, Isc, FF, Eff), การตรวจสอบลักษณะ外观, การคัดเกรดและคัดแยก, การบรรจุและจัดเก็บ
อุปกรณ์ตรวจสอบ: เครื่องทดสอบ EL, เครื่องทดสอบ IV, สถานีตรวจสอบลักษณะ外观
ความท้าทายหลักและสิ่งที่ควรให้ความสำคัญ
อะไรคือส่วนที่ยากของเทคโนโลยี TBC และควรให้ความสนใจที่ใด?
การควบคุมความสม่ำเสมอของความหนาของชั้นออกไซด์อุโมงค์บางเฉียบเป็นเรื่องยาก
ขั้นตอนการเปิดด้วยเลเซอร์สองขั้นตอนต้องการความแม่นยำในการจัดตำแหน่งสูงมาก
การรักษาหน้ากาก BSG ที่จัดตำแหน่งเองให้สมบูรณ์เป็นหัวใจของกระบวนการ
การกัดแยกขั้ว P/N แบบสลับกันมีแนวโน้มที่จะเกิดการรั่วไหลที่ขอบ
การพิมพ์อิเล็กโทรดหน้าสัมผัสด้านหลังต้องการความแม่นยำในการจัดตำแหน่งสูงกว่าเซลล์ทั่วไป
การจัดการการลดลงของอายุพาหะส่วนน้อยตลอดกระบวนการทั้งหมดเป็นเรื่องยาก
พารามิเตอร์ SPC ที่สำคัญที่ต้องติดตาม
ความหนาของชั้นออกไซด์อุโมงค์และความหนาของโพลี-Si
ลักษณะสัณฐานของการเปิดด้วยเลเซอร์และค่าเบี่ยงเบนการจัดตำแหน่งสำหรับทั้งสองขั้นตอน
ความสม่ำเสมอของความต้านทานแผ่นของการแพร่โบรอนและฟอสฟอรัส
iVoc และอายุพาหะส่วนน้อย PL ที่ติดตามตลอดกระบวนการทั้งหมด
การสะท้อนแสงด้านหน้าและลักษณะสัณฐานของการสร้างพื้นผิว
รอยแตกขนาดเล็ก EL, การรั่วไหล, และสถานะการแยกขอบ
มุมมองของ Ooitech
TBC อยู่หรือตายขึ้นอยู่กับรายละเอียด และหน้ากาก BSG ที่จัดตำแหน่งเองเป็นฮีโร่เงียบที่นี่ เพราะมันช่วยให้โซนฟอสฟอรัสและโบรอนจัดเรียงตัวเองได้โดยไม่ต้องใช้ขั้นตอนหน้ากากที่สาม สิ่งที่เราติดตามมากที่สุดในสายโมดูลคือพฤติกรรมของเซลล์สัมผัสด้านหลังที่มี Voc สูงเหล่านี้ในกระบวนการต่อสายและเคลือบ เพราะโลหะด้านหลังทั้งหมดเปลี่ยนเกมการเชื่อมต่อ หากคุณต้องการดูสายการผลิตโมดูล N-type จริง ช่อง YouTube ของเรา www.youtube.com/ooitech มีภาพจากโรงงานที่น่าดู
