บทนำ

เซลล์แสงอาทิตย์ TOPCon ชนิด N แบบโมโนคริสตัลไลน์ได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีประสิทธิภาพสูงที่มีแนวโน้มมากที่สุดในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ การผลิตเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่ควบคุมอย่างระมัดระวังเป็นลูกโซ่ยาว รวมถึงการเท็กซ์เจอริ่ง การแพร่โบรอน เลเซอร์ SE การอบอ่อน การขัดเงาด้วยด่าง PE-poly การอบอ่อน การทำความสะอาด RCA การเคลือบ การทำโลหะ และการทดสอบและคัดแยกขั้นสุดท้าย ในบทความนี้ เราจะอธิบายแต่ละขั้นตอนหลักและเหตุผลว่าทำไมจึงสำคัญ

1. การเท็กซ์เจอริ่ง (TEX)

วัตถุประสงค์ของการเท็กซ์เจอริ่ง

เป้าหมายของการเท็กซ์เจอริ่งคือการกำจัดชั้นความเสียหายเชิงกลบนพื้นผิวเวเฟอร์และสร้างพื้นผิวที่มีลักษณะเป็นพีระมิดเพื่อเพิ่มการดูดซับแสง โดยการลดการสะท้อนแสงของพื้นผิว จะช่วยปรับปรุงกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (Isc) ซึ่งท้ายที่สุดจะเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกของเซลล์

การกัดด้วยสารละลายเปียกเป็นกระบวนการเท็กซ์เจอริ่งหลักในปัจจุบัน ไอออนของโลหะ ชั้นความเสียหาย และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ บนพื้นผิวเวเฟอร์ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรวมตัวกัน เนื่องจากอิเล็กตรอนและโฮลที่แยกกันต้องเคลื่อนที่ผ่านและถูกเก็บรวบรวมที่พื้นผิวเวเฟอร์ ศูนย์กลางการรวมตัวเหล่านี้จะลดอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อย ทำให้พาหะรวมตัวกันก่อนที่จะถูกส่งออกเป็นกระแสภายนอก ชั้นออกไซด์บนพื้นผิวและสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ยังส่งผลต่อคุณภาพการสะสมและการพาสซิเวชันของชั้น AlOx และ SiNx ดังนั้นการทำความสะอาดพื้นผิวอย่างทั่วถึงจึงมีความสำคัญและส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของเซลล์

หลักการของปฏิกิริยา

การทำพื้นผิวแบบเท็กซ์เจอร์อาศัยคุณสมบัติการกัดแบบแอนไอโซทรอปิกของซิลิคอนผลึกเดี่ยว โดยที่ด่างความเข้มข้นต่ำและสารเติมแต่งจะกัดระนาบผลึกต่างกันในอัตราที่ต่างกัน อัตราการกัดบนระนาบ (110) และ (100) สูงกว่าระนาบ (111) มาก หลังจากกัดเป็นระยะเวลาหนึ่ง จะเหลือโครงสร้าง "พีระมิด" สี่ด้านที่ประกอบด้วยระนาบ (111) บนพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว

การจัดเรียงอะตอมแตกต่างกันในแต่ละระนาบผลึก ทำให้อัตราการกัดแตกต่างกัน:

• ระนาบ (100): การจัดเรียงอะตอมค่อนข้างหลวม มีพันธะเคมีที่เปิดเผยมากกว่า ทำให้อัตราการกัดเร็วที่สุด

• ระนาบ (110): ความหนาแน่นของอะตอมอยู่ระหว่าง (100) และ (111) อัตราการกัดเร็วกว่าแต่ต่ำกว่า (100) เล็กน้อย

• ระนาบ (111): การจัดเรียงอะตอมแน่นที่สุด พันธะเคมีถูกโจมตีได้ยาก ทำให้อัตราการกัดช้าที่สุด

บทบาทของสารเติมแต่งในการทำพื้นผิวแบบเท็กซ์เจอร์

สารเติมแต่งช่วยลดแรงตึงผิวของซิลิคอน ส่งเสริมการปล่อยฟองไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา และทำให้พีระมิดสม่ำเสมอมากขึ้น ช่วยเพิ่มการเปียกระหว่างพื้นผิวเวเฟอร์และสารละลายปฏิกิริยา ลดความแรงในการกัดของสารละลาย NaOH เพิ่มจุดนิวเคลียสและความหนาแน่นของนิวเคลียส และส่งเสริมการเกิดพีระมิดขนาดเล็กจำนวนมาก โดยทั่วไป คุณสมบัติของสารเติมแต่งมีอิทธิพลโดยตรงที่สุดต่อพื้นผิวพีระมิดที่เกิดจากการทำเท็กซ์เจอร์

ลำดับกระบวนการ

ลำดับการทำพื้นผิวแบบเท็กซ์เจอร์โดยทั่วไปประกอบด้วย: การทำความสะอาดเบื้องต้นด้วย NaOH และ H2O2 (ร่วมกับการทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกที่ 60°C ตามด้วยการล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์) เพื่อกำจัดสารอินทรีย์ สิ่งเจือปนโลหะ และความเสียหายจากการเลื่อย การทำพื้นผิวแบบเท็กซ์เจอร์ด้วยด่างโดยใช้ NaOH ประมาณ 0.6% และสารเติมแต่ง 0.4% ที่ 82°C เป็นเวลา 420 วินาทีเพื่อสร้างพื้นผิวพีระมิด การทำความสะอาดหลังกระบวนการเพื่อกำจัดสารอินทรีย์ที่เหลือ การทำความสะอาดด้วยกรดโดยใช้กรดเจือจาง (HCl 3.15% + HF 7.1%) เพื่อทำให้ด่างที่เหลือเป็นกลางและกำจัดชั้นออกไซด์ การดึงออกช้าๆ เพื่อขจัดน้ำออกก่อนทำให้แห้งโดยใช้แรงตึงผิว และสุดท้ายการทำให้แห้งด้วยลมร้อน 90°C

2. การแพร่โบรอน (B Diff)

วัตถุประสงค์

ภายใต้อุณหภูมิสูง อะตอมโบรอนจะแพร่เข้าสู่พื้นผิวของเวเฟอร์ชนิด N เพื่อสร้างรอยต่อ PN สนามไฟฟ้าภายในของรอยต่อ PN จะแยกพาหะที่เกิดจากแสงเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าภายนอก เวเฟอร์ชนิด P ซึ่งมีความเข้มข้นของโฮลสูง ใช้การเติมฟอสฟอรัสเพื่อสร้างรอยต่อ เวเฟอร์ชนิด N ซึ่งมีความเข้มข้นของอิเล็กตรอนสูง ใช้การเติมโบรอน

หลักการของกระบวนการ

โบรอนไตรคลอไรด์ (BCl3) ผ่านท่อควอตซ์ที่อุณหภูมิ 800-900°C และทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้าง B2O3 ซึ่งจะสะสมบนพื้นผิวเวเฟอร์ด้วยก๊าซพาไนโตรเจนและทำปฏิกิริยากับ Si เพื่อสร้างอะตอมโบรอน เกิดเป็นชั้นแก้วโบโรซิลิเกต (BSG) จากนั้นอะตอมโบรอนจะแพร่เข้าสู่เวเฟอร์เพื่อสร้างรอยต่อ PN BCl3 เป็นของเหลวหรือก๊าซที่เกิดควันไม่มีสี มีความหนาแน่น 1.35 kg/m3 จุดหลอมเหลว -107.3°C และจุดเดือด 12.5°C ไม่ติดไฟ ระคายเคืองและมีกลิ่นฉุน สลายตัวในน้ำให้ไฮโดรเจนคลอไรด์และกรดบอริกพร้อมปล่อยความร้อนสูง ผลิตภัณฑ์ตัวกลาง B2O3 มีจุดหลอมเหลว 450°C และจุดเดือด 1860°C ยังคงเป็นของเหลวตลอดกระบวนการและกัดกร่อนชิ้นส่วนควอตซ์อย่างรุนแรง

การแพร่โบรอนยากกว่าการแพร่ฟอสฟอรัส ดังนั้นเส้นทาง TOPCon จึงต้องการอุปกรณ์ที่มีความต้องการสูงกว่า รวมถึงความสม่ำเสมอที่สูงกว่า อุณหภูมิการแพร่ที่สูงกว่า (โดยปกติสูงกว่า 1000°C) และเวลาในการแพร่ที่นานกว่า (การสร้างฟิล์มมักใช้เวลานานถึง 240 นาที) ซึ่งเพิ่มต้นทุนอุปกรณ์และการผลิตในขั้นตอนการสร้างรอยต่อ

ลำดับกระบวนการ

การแพร่ดำเนินการสองวิธี การแพร่แบบพรีดีโพซิชัน (ขั้นตอนการสะสม BSG) ใช้อุณหภูมิต่ำกว่าและทำให้เวเฟอร์อยู่ในบรรยากาศอิ่มตัวของสิ่งเจือปน ดังนั้นความเข้มข้นของสิ่งเจือปนที่ผิวจึงคงที่ เรียกว่าการแพร่แบบแหล่งกำเนิดคงที่ที่ผิว การแพร่แบบรีดิสทริบิวชันจะดันโบรอนจาก BSG เข้าสู่เวเฟอร์ที่อุณหภูมิสูงกว่าในบรรยากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนโดยไม่มีสิ่งเจือปนจากภายนอก ที่นี่ความเข้มข้นที่ผิวเปลี่ยนแปลงตามเวลา เรียกว่าการแพร่แบบแหล่งกำเนิดจำกัดที่ผิว โดยมีการกระจายสิ่งเจือปนแบบเกาส์เซียน

ขั้นตอนกระบวนการทั่วไปคือ: สูญญากาศเพื่อให้ถึงความดันต่ำ; ให้ความร้อนถึงอุณหภูมิการแพร่ (800-900°C); รักษาอุณหภูมิขณะลดความดันต่อไป; ตรวจสอบการรั่วไหลภายใต้ความดันต่ำ; พรีออกซิเดชันเพื่อสร้างชั้น SiO2 หนา 1nm เพื่อชะลอขั้นตอนการแพร่ถัดไปและทำให้การแพร่โบรอนสม่ำเสมอมากขึ้น; การแพร่/การสะสมโดยการนำแหล่งโบรอนเข้าไปสำหรับพรีดีโพซิชันแบบแอคทีฟและไดรฟ์อินแบบพาสซีฟ; ให้ความร้อนเพิ่มขึ้นสูงกว่า 900°C เพื่อเพิ่มอัตราการแพร่และความลึก; โพสต์ออกซิเดชันเพื่อสร้างชั้น SiO2 หนามากกว่า 100nm เพื่อควบคุมปริมาณโบรอน เพิ่มความลึกรอยต่อ สร้างชั้นป้องกันและดักจับสิ่งเจือปนในซับสเตรต; ทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิที่ปลอดภัยในการเปิดท่อ; และทำลายสุญญากาศด้วย N2 เพื่อคืนความดันบรรยากาศ

3. การกำจัด BSG และการกัดด้วยด่าง

การกำจัด BSG

หลังจากการแพร่โบรอน ด้านหลังและขอบของเวเฟอร์จะมีชั้น BSG หนา (ออกไซด์ 40-100nm) ชั้นแก้วโบโรซิลิเกตนี้ส่งผลเสียต่อกระบวนการถัดไปและอาจทำให้เกิดการรั่วไหลของรอยต่อ PN ดังนั้นจึงต้องมีการกัดด้วยสารเคมีและทำความสะอาดหลังจากการโด๊ป ก่อนการกัดด้วยด่าง กระบวนการ HF แบบด้านเดียวในไลน์จะกำจัด BSG ที่ด้านหลังและขอบ ในขณะที่ BSG ด้านหน้าจะถูกเก็บรักษาไว้เป็นหน้ากากในระหว่างการกัดด้วยด่างเพื่อปกป้องโครงสร้างด้านหน้า

เวเฟอร์จะเข้าสู่อุปกรณ์ทำความสะอาด HF แบบอินไลน์ก่อน โดย HF ประมาณ 60% จะละลาย BSG ด้านหลังลงในสารละลาย ในขณะที่ฟิล์มน้ำจะปกป้อง BSG ด้านหน้า ตามด้วยการล้างด้วยน้ำบริสุทธิ์ประมาณ 0.5 นาที ลำดับประกอบด้วย: การใช้ฟิล์มน้ำโดยใช้คุณสมบัติชอบน้ำของ SiO2 เพื่อปกป้อง BSG ด้านหน้า; การกัด HF ที่ BSG ด้านหลังและขอบ; ขั้นตอนปืนน้ำเพื่อรีเฟรชฟิล์มน้ำที่อาจปนเปื้อน; การล้างน้ำเพื่อกำจัด HF ที่เหลือ; การทำความสะอาดด้วยกรดเพื่อกำจัดไอออนเจือปนที่เหลือ; และการทำให้ฟิล์มน้ำด้านหน้าแห้ง

การกัดด้วยด่าง

วัตถุประสงค์ของการกัดด้วยด่างคือเพื่อกำจัดรอยต่อ PN ที่ด้านหลังและขอบเพื่อป้องกันการรั่วไหล และสร้างสัณฐานวิทยาด้านหลังที่สม่ำเสมอและสะอาดเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการพาสซีฟด้านหลัง

มีสองแนวทางหลัก การทำเท็กซ์เจอร์ครั้งที่สองมีหลักการคล้ายกับการทำเท็กซ์เจอร์ครั้งแรก แต่สารเติมแต่งต้องลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่าง BSG กับด่าง การขัดด้วยด่างใช้ด่างความเข้มข้นสูงและสารเติมแต่งเพื่อเร่งปฏิกิริยาระหว่างด่างกับซิลิคอน ลดลักษณะการกัดแบบแอนไอโซทรอปิก และสร้างสัณฐานวิทยาที่ขัดเงาและสะท้อนแสงสูง สารเติมแต่งการกัดด้วยด่างจะปกป้อง BSG ด้านหน้า ลดอัตราการเกิดปฏิกิริยากับด่างเพื่อป้องกันการกัดเกิน ทำให้ BSG ยังคงเป็นหน้ากากสำหรับขั้นตอนถัดไป ลดแรงตึงผิวเพื่อปล่อยฟองไฮโดรเจน ปรับปรุงการเปียก และเพิ่มความหนาแน่นของการเกิดนิวเคลียส

4. การสะสมและการเคลือบ

ขั้นตอนนี้จะสะสมชั้น Tunnel Oxide (TOX), ชั้น Poly-Si และ Mask การสะสมส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเฟสไอสุญญากาศและสามารถแบ่งออกเป็นการสะสมไอทางกายภาพ (PVD), การสะสมไอทางเคมี (CVD) และการสะสมชั้นอะตอม (ALD) PVD จะทำให้แหล่งวัสดุกลายเป็นอะตอม โมเลกุล หรือไอออนและสะสมบนซับสเตรตภายใต้ความดันต่ำ CVD สร้างการสะสมผ่านปฏิกิริยาเคมีบนซับสเตรต และ ALD สะสมวัสดุทีละชั้นเป็นชั้นอะตอมเดี่ยว

ชั้น Tunnel Oxide (TOX)

ชั้นออกไซด์อุโมงค์อาศัยผลกระทบการขุดอุโมงค์ควอนตัม โดยใช้ชั้นออกไซด์บางพิเศษ (โดยทั่วไป 1-2 นาโนเมตร) เป็นสิ่งกีดขวาง ระหว่างซับสเตรตซิลิคอนชนิด n และชั้นโพลี-Si ที่เจือปน ทำให้เกิดการขนส่งแบบเลือกพาหะ: อิเล็กตรอน (พาหะส่วนใหญ่) ขุดอุโมงค์ผ่านออกไซด์เข้าไปในชั้นโพลี-Si ในขณะที่โฮล (พาหะส่วนน้อย) เผชิญกับความสูงของสิ่งกีดขวางที่สูงกว่า (ประมาณ 4.5-4.8 eV) และถูกปิดกั้น นอกจากนี้ยังสร้างการโค้งงอของแถบพลังงานและการพาสซิเวชันแบบสนามไฟฟ้า ซึ่งความแตกต่างของฟังก์ชันงานระหว่างโพลี-Si ที่เจือปนและซับสเตรตจะโค้งงอแถบพลังงานที่ส่วนต่อประสานและสร้างสนามไฟฟ้าสถิตที่เพิ่มพาหะส่วนใหญ่และขับไล่พาหะส่วนน้อย ซึ่งช่วยลดการรวมตัวกันที่ส่วนต่อประสานอีกด้วย

ออกไซด์สามารถเตรียมได้โดยการออกซิเดชันด้วยความร้อน (เข้ากันได้กับ LPCVD) หรือโดย PECVD, PEALD และการออกซิเดชันด้วยความร้อน (เข้ากันได้กับ PECVD) ในแง่ของความหนาแน่นของฟิล์ม PEALD ให้การพาสซิเวชันที่ดีที่สุด แต่มีต้นทุนอุปกรณ์สูงกว่า ในขณะที่การออกซิเดชันด้วยความร้อนและ PECVD ให้ความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจที่ดีกว่า ALD โดยทั่วไปให้ประมาณ 0.7 นาโนเมตร การออกซิเดชันด้วยความร้อนประมาณ 1.3 นาโนเมตร และกลไกการขุดอุโมงค์โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่ความหนาต่ำกว่า 1.6 นาโนเมตร LPCVD มีความสมบูรณ์มากกว่า โดยมีข้อดีเช่นการควบคุมที่ง่ายและคุณภาพฟิล์มสูง แต่มักจะเกิดชั้นโพลี-Si ที่เจือปนหุ้มรอบที่ขอบด้านหน้าซึ่งต้องทำความสะอาดออก และมีอัตราการเกิดฟิล์มช้า PECVD โพลี-Si เป็นเทคโนโลยีที่ใหม่กว่า มีการสะสมที่เร็วกว่า การเจือปนในแหล่งกำเนิด และการหุ้มรอบที่น้อยกว่า แต่ความสมบูรณ์ยังต้องปรับปรุง และอาจเกิดฝุ่น ปริมาณไฮโดรเจนสูง และการเกิดฟองในระหว่างการอบอ่อนที่อุณหภูมิสูง

ชั้นโพลี-Si

ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ (Poly) ประกอบด้วยเม็ดซิลิคอนขนาดเล็กจำนวนนับไม่ถ้วน โดยขนาดเม็ดโดยทั่วไปตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยนาโนเมตร และมีขอบเขตเม็ดระหว่างกัน ชั้นโพลี-Si มักถูกเจือปนด้วยฟอสฟอรัสเพื่อสร้างโพลี-Si ชนิด n ที่เจือปนสูง ปรับปรุงการนำไฟฟ้า ทำให้สามารถขนส่งแบบเลือกพาหะ และสร้างหน้าสัมผัสโอห์มมิกที่ดีกับซับสเตรต

การเตรียมโพลี-Si เกี่ยวข้องทั้งการสะสมและการโด๊ป การสะสมส่วนใหญ่ใช้ LPCVD หรือ PECVD ที่ความหนาประมาณ 100-150nm ฟิล์มอะมอร์ฟัสจะเปลี่ยนความเป็นผลึกระหว่างการอบอ่อน เปลี่ยนจากเฟสผสมไมโครคริสตัลไลน์-อะมอร์ฟัสเป็นโพลีคริสตัลไลน์และกระตุ้นการพาสซิเวชัน สำหรับการโด๊ป LPCVD มักจะสะสมชั้นโพลี-Si ที่ไม่โด๊ปก่อน แล้วจึงทำการโด๊ปฟอสฟอรัสผ่านเตาแพร่หรือการปลูกถ่ายไอออน (ex-situ doping) เนื่องจากการโด๊ประหว่างการสะสม LPCVD ที่ช้าจะทำให้ช้าลงอีก PECVD มีประสิทธิภาพฟิล์มสูงกว่าและสามารถทำการโด๊ปฟอสฟอรัสระหว่างการเคลือบ (in-situ doping) LPCVD ซึ่งเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับโพลี-Si ทำงานโดยการสลายตัวด้วยความร้อนของไซเลน (SiH4) เป็นอะตอมซิลิคอนที่สะสมเป็นฟิล์ม โปรดทราบว่าโพลี-Si ที่หนาขึ้นทำให้เกิดการสูญเสีย FCA (กาฝาก) ที่รุนแรงขึ้นและการสูญเสียกระแสไฟฟ้าลัดวงจรมากขึ้น และการโด๊ปฟอสฟอรัสที่สูงขึ้นจะเพิ่มการดูดซับ FCA และการสูญเสียกระแสไฟฟ้า

ชั้นมาสก์

ชั้นมาสก์มักจะเป็นฟิล์ม SiO2 หนาประมาณ 10nm ที่เติบโตหลังจากการสะสมโพลี-Si เพื่อปกป้องโครงสร้างด้านหลัง โดยหลักแล้วป้องกันกระบวนการเปียกที่ตามมาไม่ให้กัดชั้นโพลี-Si เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างด้านหลังไม่เสียหายในอุปกรณ์เปียกแบบถัง หลังจากกระบวนการโพลี จะมีการเติบโตของมาสก์ SiOx (ประมาณ 10nm) บนพื้นผิวด้านหลังโดยใช้ไซเลนและไนตรัสออกไซด์ (หมายเหตุ: ไซเลนและออกซิเจนมีความเสี่ยงในการระเบิดในสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช่สุญญากาศ)

ขั้นตอนกระบวนการคือ: การอุ่นสุญญากาศเพื่อนำเวเฟอร์ไปสู่อุณหภูมิที่ต้องการ การสะสมล่วงหน้าของแหล่งซิลิคอนที่ไม่โด๊ป (เฉพาะแก๊ส ไม่มี RF เพื่อเติมท่อให้สม่ำเสมอและรักษาแรงดันให้คงที่) การสะสมของแหล่งซิลิคอนที่ไม่โด๊ป (เปิด RF เพื่อสะสมฟิล์มที่ไม่โด๊ปซึ่งกั้นและบัฟเฟอร์ฟอสฟอรัสจากโพลีที่โด๊ป) การสะสมล่วงหน้าของแหล่งซิลิคอนที่โด๊ป (เฉพาะแก๊ส) การสะสมของแหล่งซิลิคอนที่โด๊ป (เปิด RF เพื่อสะสมฟิล์มโพลีที่โด๊ปฟอสฟอรัส) การสร้างมาสก์ออกไซด์โดย PECVD SiOx และการไล่ N2/Ar เพื่อดัน SiH4 และ N2O ออกจากท่อเพื่อป้องกันการเผาไหม้เมื่อเปิดประตูเตา

5. การอบอ่อน

วัตถุประสงค์ของการอบอ่อนคือเพื่อเปลี่ยนซิลิคอนอะมอร์ฟัสที่เติบโตโดย PECVD เป็นซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ กระตุ้นอะตอมฟอสฟอรัสและเพิ่มความลึกของรอยต่อ และสร้างรูเข็ม กระบวนการนี้ใช้ BN2 (โบรอนไนไตรด์) และให้ความร้อนช้าๆ ถึง 890-920°C โดยที่ BN2 จะถูกขับเข้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อกระตุ้นอะตอมฟอสฟอรัสในฟิล์มโพลีและสร้างการโด๊ปที่มีประสิทธิภาพ

มีความสัมพันธ์ระหว่างการแอนนีลและ TOX: เมื่อออกไซด์อุโมงค์ไม่เปลี่ยนแปลง การเพิ่มอุณหภูมิแอนนีลจะทำให้เกิดพินโฮลและการแพร่เข้าไปมากขึ้น ลดความต้านทานสัมผัสและปรับปรุง FF ในขณะที่ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดการพาสซิเวชัน ที่อุณหภูมิแอนนีลเดียวกัน ออกไซด์อุโมงค์ที่หนาขึ้นจะทำให้เกิดพินโฮลและการแพร่เข้าไปมากขึ้น และกระแสอิ่มตัวที่สูงขึ้น

6. การกำจัด PSG และการทำความสะอาด RCA

ในระหว่างการสะสมฟิล์ม n+-poly-Si ด้วย PEALD ชั้น n+-poly เฉพาะที่ก่อตัวขึ้นบนด้านหน้าของเวเฟอร์ โดยมีฟิล์ม Mask (SiOx) บางๆ ปกคลุม การใช้ HF ด้านเดียวจะกำจัด SiOx จากนั้นอ่างอัลคาไลน์จะกำจัด n+-poly-Si ด้านหน้า เวเฟอร์จะผ่านถังกัด ถังอัลคาไลน์ และถังทำความสะอาดตามลำดับเพื่อทำปฏิกิริยาเคมีก่อนทำให้แห้ง

วัตถุประสงค์ของ RCA คือการกำจัดโลหะที่ห่อหุ้มและกัดขอบเพื่อป้องกันการรั่วไหลที่ขอบ และทำความสะอาดเวเฟอร์โดยการกำจัด BSG ด้านหน้าและด้านหลังและมาสก์ และทำให้แห้งเพื่อเตรียมฟิล์มพาสซิเวชันด้านหน้าและด้านหลัง เนื่องจากโพลีเป็นซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ การกำจัดส่วนที่ห่อหุ้มจึงใช้การขัดด้วยอัลคาไลน์ที่มีความเข้มข้นสูงและสารเติมแต่ง

สารเติมแต่ง RCA ทำความสะอาดสารอนินทรีย์และผลิตภัณฑ์ตกค้างเพื่อปรับปรุงการเปียกของพื้นผิว ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเร่งการจับตัวของ OH- กับซิลิคอนและเร่งการกัดส่วนที่ห่อหุ้มและขอบ และลดอัตราการกัดซิลิคอนไดออกไซด์ด้วยอัลคาไลเพื่อป้องกัน BSG ด้านหน้าและมาสก์ด้านหลังจากการกัดมากเกินไป

ขั้นตอนกระบวนการคือ: HF แบบอินไลน์เพื่อกำจัด PSG ที่เกิดขึ้นบนด้านหน้าและขอบหลังการแอนนีล N2 ในขณะที่รักษา PSG ด้านหลังเพื่อป้องกันโพลีด้านหลัง การขัดด้วยอัลคาไลน์ด้วย NaOH และสารเติมแต่งเพื่อกำจัดโพลีส่วนเกินด้านหน้าและขอบ การล้างด้วยอัลคาไลน์เพื่อกำจัดสารเติมแต่งและสิ่งสกปรกที่ตกค้าง การทำความสะอาดด้วยกรดเพื่อทำให้อัลคาไลที่ตกค้างเป็นกลางและกำจัดไอออนโลหะ การดึงออกช้าๆ โดยใช้น้ำปราศจากไอออนที่อุณหภูมิห้องด้วยหุ่นยนต์เพื่อป้องกันรอยน้ำ และการอบแห้งที่ 90°C เพื่อป้องกันของเหลวตกค้างบนเวเฟอร์และพาหะ

7. ALD (การสะสมชั้นอะตอม)

การสะสมชั้นอะตอม (Atomic Layer Deposition) จะเคลือบวัสดุเป็นชั้นอะตอมเดี่ยวบนซับสเตรต และมีลักษณะเฉพาะคือการจำกัดตัวเอง ซึ่งเป็นพื้นฐานของ ALD โดยซับสเตรตจะถูกสัมผัสกับสารตั้งต้นที่แตกต่างกันสลับกันตามช่วงเวลาหรือระยะเชิงพื้นที่ เมื่อซับสเตรตอยู่ในบรรยากาศของสารตั้งต้น A สาร A จะถูกดูดซับทางเคมีบนพื้นผิวจนอิ่มตัวแล้วหยุด เมื่อสัมผัสกับสารตั้งต้น B สาร B จะทำปฏิกิริยากับสาร A ที่ถูกดูดซับไว้แล้ว เกิดผลพลอยได้จนกว่าสารตั้งต้นแรกจะถูกใช้หมดและปฏิกิริยาหยุดโดยอัตโนมัติ เกิดเป็นชั้นอะตอมที่ต้องการ ALD จะทำปฏิกิริยานี้ซ้ำเพื่อสร้างฟิล์มตามต้องการ

ที่ด้านหลังของเวเฟอร์ การพาสซิเวชันด้วย AlOx จะลดอัตราการรวมตัวกันใหม่ที่พื้นผิวด้านหลัง อะลูมิเนียมออกไซด์มีประจุลบ固定อยู่ที่รอยต่อระหว่างอะลูมิเนียมออกไซด์และซิลิคอนออกไซด์บนพื้นผิวเวเฟอร์ ประจุลบความหนาแน่นสูงนี้ช่วยให้เกิดการพาสซิเวชันสนามไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ อะลูมิเนียมออกไซด์ยังให้การพาสซิเวชันทางเคมีที่ดีเยี่ยม ทำให้พันธะห้อยบนพื้นผิวซิลิคอนผลึกอิ่มตัวและลดความหนาแน่นของสถานะที่รอยต่อ

ขั้นตอนกระบวนการคือ: การสะสมก่อน (เฉพาะแก๊ส ไม่มี RF เติมท่อให้สม่ำเสมอและรักษาแรงดันให้คงที่ ใช้เวลาสั้นเพื่อหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองแก๊สและอันตรายด้านความปลอดภัย); การสะสม (เปิด RF โดย TMA เกิดพลาสมาทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเกิดเป็น AlOx จากนั้นไล่ด้วยแก๊สเฉื่อย ทำซ้ำ 40 รอบ); และการไล่ด้วย Ar เพื่อขับ TMA และ O2 ออกจากท่อ ป้องกันการเผาไหม้ของ TMA เมื่อเปิดประตูเตา

8. ซิลิคอนไนไตรด์ (SiNx) ด้านหน้าและด้านหลัง

การเคลือบ SiNx มีวัตถุประสงค์หลายประการ ช่วยปกป้องพื้นผิวเซลล์ เนื่องจากซิลิคอนไนไตรด์มีความแข็งแรงสูงมาก ทนอุณหภูมิได้ถึง 1200°C ทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีได้ดีเยี่ยมต่อกรดอนินทรีย์เกือบทุกชนิดและ NaOH ต่ำกว่า 30% และเป็นฉนวนไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง ให้การสะท้อนต่ำ โดยดัชนีหักเหแสงชั้นเดียวที่เหมาะสมที่สุดในอากาศคือ 1.96 การเพิ่มปริมาณซิลิคอนช่วยเสริมการพาสซิเวชันพื้นผิว และรายงานใน文献ระบุว่าความเร็วการรวมตัวกันใหม่ที่พื้นผิวลดลงต่ำกว่า 20cm/s ที่ดัชนีหักเหแสง 2.3 และการพาสซิเวชันมวลสารที่ดีที่สุดอยู่ระหว่าง 2.1 ถึง 2.3 นอกจากนี้ยังป้องกันการเกิดออกซิเดชันผ่านโครงสร้างที่หนาแน่น การพาสซิเวชันของอิมิตเตอร์ด้านหน้า TOPCon ส่วนใหญ่ใช้ฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ร่วมกับ SiNx:H ในขณะที่การพาสซิเวชันด้านหลังส่วนใหญ่ใช้ poly-Si

กลไกการพาสซิเวชันของ SiNx ทำงานสองทาง การพาสซิเวชันทางเคมีช่วยลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่รอยต่อโดยลดพันธะห้อย โดยการเติบโตชั้นผิวที่ให้อะตอมมีเวลาและพลังงานเพียงพอในการทำให้พันธะห้อยอิ่มตัว หรือโดยการสะสมฟิล์มไดอิเล็กทริกที่อุดมด้วยไฮโดรเจนและปล่อยไฮโดรเจนระหว่างการซินเทอร์เพื่อให้จับกับพันธะห้อย การพาสซิเวชันแบบสนามไฟฟ้าช่วยลดจำนวนพาหะส่วนน้อยที่มาถึงผิวโดยสร้างสนามไฟฟ้าใกล้ผิวที่ขับไล่พาหะที่มีขั้วเดียวกัน ซึ่งทำได้โดยลดความเข้มข้นของการโดปที่ผิวสูงหรือเพิ่มชั้นไดอิเล็กทริกที่มีประจุคงที่สูง

ขั้นตอนกระบวนการ SiNx คือ: การสะสมก่อน (เฉพาะแก๊ส ไม่มี RF เติมท่อและรักษาแรงดันให้คงที่); การสะสม 1-2-3 (เปิด RF ใส่ SiH4 และ NH3 เพื่อสร้างชั้น SiNx สามชั้นที่มีอัตราส่วน Si-N ลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากอัตราส่วน Si-N ที่สูงขึ้นให้ดัชนีหักเหที่สูงขึ้น); การสะสม 4 (เปิด RF, SiH4, O2 และ NH3 สร้างชั้น SiONx); การสะสม 5 (เปิด RF, SiH4 และ O2 สร้างชั้น SiO2); และการไล่แก๊ส N2 ในท่อและสายเพื่อกำจัดแก๊สที่ทำปฏิกิริยาและป้องกันการระเบิดของ SiH4 เมื่อเปิดประตูเตา

9. การพิมพ์สกรีน (การทำโลหะ)

หลังจากเท็กซ์เจอริ่ง การแพร่ และการเคลือบทำให้รอยต่อ PN และการพาสซิเวชันสมบูรณ์ เซลล์สามารถผลิตกระแสภายใต้แสงได้ เพื่อดึงและเก็บกระแสนี้ จะพิมพ์อิเล็กโทรดด้านหน้าและด้านหลังบนผิวเซลล์ โดยปกติผ่านการพิมพ์สกรีน การอบแห้ง และการซินเทอร์

ระบบการพิมพ์สกรีนประกอบด้วยห้าองค์ประกอบ: ไม้ปาดน้ำ (squeegee), หมึก (paste), ตะแกรง (screen), ซับสเตรต (wafer) และแท่นพิมพ์ (printing platform) สมรรถนะการพิมพ์ของเพสต์ที่เหมาะสม (ความหนืด ความสามารถในการเฉือนบาง) เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพิมพ์จำนวนมากในระดับอุตสาหกรรม และจำนวนตาข่ายของตะแกรง เส้นผ่านศูนย์กลางลวด และความกว้างเส้นที่ออกแบบมีส่วนสำคัญต่อลักษณะที่พิมพ์ ในการทำงาน เพสต์จะผ่านช่องเปิดของลวดลายที่ออกแบบไว้ และไม้ปาดน้ำจะใช้แรงกดขณะเคลื่อนที่ข้ามตะแกรง กดเพสต์จากช่องเปิดลวดลายลงบนเวเฟอร์ ความหนืดของเพสต์ทำให้มันยึดติดภายในช่วงที่กำหนด และไม้ปาดน้ำจะรักษาการสัมผัสเชิงเส้นกับตะแกรงและซับสเตรต โดยเส้นสัมผัสเคลื่อนที่ตามไม้ปาดน้ำเพื่อให้การพิมพ์สมบูรณ์

เพสต์ต้องมีความสามารถในการพิมพ์ที่ดีเยี่ยมสำหรับการผลิตจำนวนมาก มีการสัมผัสโอห์มมิกที่ดีกับอิมิตเตอร์เพื่อให้มีความต้านทานสัมผัสต่ำและ FF สูงขึ้น ทำให้เกิดความเสียหายต่ออิมิตเตอร์น้อยที่สุดเพื่อจำกัดการสูญเสีย Voc ที่เกิดจากเมทัลไลเซชัน และมีความต้านทานรวมต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เพื่อลดการสูญเสียกระแส ขั้นตอนกระบวนการคือ: การอบแห้งเพื่อระเหยสารอินทรีย์ในเพสต์ การเผาก่อนเพื่อหลอมฟริตแก้ว ละลายอนุภาคเงิน และเปิดชั้นพาสซิเวชัน การเผาเพื่อละลายโลหะในแก้วมากขึ้นและยึดติดกัน และการทำให้เย็นลงเพื่อให้โลหะที่ละลายในแก้วตกตะกอนบนพื้นผิว เกิดการสัมผัสโอห์มมิกระหว่างโลหะและสารกึ่งตัวนำ

บทสรุป

กระบวนการผลิต TOPCon เป็นลำดับที่แม่นยำของขั้นตอนการเท็กซ์เจอร์ การโดป การพาสซิเวชัน การสะสม การแอนนีล และการเมทัลไลเซชัน ซึ่งแต่ละขั้นตอนถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มความสามารถในการเลือกพาหะและลดการรวมตัวกันใหม่ให้มากที่สุด เพื่อประสิทธิภาพการแปลงที่สูงขึ้น

มุมมองของ ooitech: ooitech เชื่อว่าประสิทธิภาพสูงของ TOPCon มาจากการทำงานร่วมกันของเทคโนโลยีทันเนลออกไซด์และคอนแทคพาสซิเวต ซึ่งทุกขั้นตอนการทำความสะอาด การสะสม และการแอนนีลทำงานร่วมกันเพื่อผลักดันขีดจำกัดของการเลือกพาหะและการพาสซิเวชันพื้นผิว