TBC-Solarzellentechnologie (TOPCon Back Contact): Vollständiger Prozessleitfaden
Inhaltsverzeichnis
Technologieübersicht
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Was ist eine TBC-Zelle?
TBC steht für TOPCon Back Contact. Es vereint die TOPCon-Passivierung (Tunneloxid plus Polysilizium) mit der IBC-Struktur mit interdigitierten Rückkontakten, daher wird es auch POLO-IBC-Zelle genannt.
Es integriert die TOPCon-Tunneloxid-/Poly-Si-Passivierung tief in das IBC-Rückkontakt-Layout. Dies bietet die starke Rückseitenpassivierung von TOPCon sowie den IBC-Vorteil ohne Front-Gitterlinien-Verschattung, da der gesamte Stromabgriff auf die Rückseite verlagert wird. Das Ergebnis ist eine höhere Leerlaufspannung und ein höherer Kurzschlussstrom. Es ist einer der wichtigsten N-Typ-Hocheffizienz-Wege der nächsten Generation.
Kernvorteile
Keine Front-Metall-Gitterlinien, daher entfällt der Front-Verschattungsverlust und Isc steigt
TOPCon-Tunnelpassivierung reduziert die Rückseitenrekombination und erhöht Voc
Das interdigitierte P/N-Rückkontakt-Layout optimiert den Ladungsträgersammelpfad und senkt den Serienwiderstand
Im Vergleich zu Standard-TOPCon und Standard-IBC balanciert es Passivierungsqualität und strukturelle Integration aus
Kompatibel mit den meisten Kernanlagen bestehender N-Typ-Linien, daher schrittweise Prozessaufrüstung möglich
Vergleich mit konventionellen Zellen
Standard-TOPCon: Front-Gitterlinien-Verschattung, vollflächige TOPCon-Passivierung auf der Rückseite
Standard IBC: Rückkontaktstruktur, aber Passivierung basiert auf Siliziumoxid / Siliziumnitrid, keine Tunnel-Poly-Si-Passivierung
TBC (POLO-IBC): IBC-Rückkontaktstruktur plus integrierte TOPCon-Tunnelpassivierung, sodass sowohl Struktur als auch Passivierung optimiert sind
Übersicht über den gesamten Prozessablauf
Wafer-Eingang → Vorreinigung / Säge-Schaden-Entfernung → Rückseitige Tunneloxid + Poly-Si-Abscheidung (LPCVD) → Rückseitige SiN-Maskenabscheidung → Erste rückseitige Laseröffnung (Borbereich) → Bor-Dotierung (p-poly) → Zweite rückseitige Laseröffnung (Phosphorbereich) → Phosphor-Dotierung (n-poly) → Reinigung zum Entfernen von Wrap-around-Diffusion / BSG / PSG → Rückseitige Passivierungsschichtabscheidung → Wachsmaske-Druck zum Schutz der Rückseite → Vorderseiten-Texturierung + P/N-Isolationsätzung → Vorder- und rückseitige SiN-Antireflex-Passivierungsschichtabscheidung → Rückseitige Metallelektroden-Siebdruck → Feuerung → Elektrischer Test → Sortieren und Verpacken
Detaillierte Prozessspezifikationen
3.1 Reinigung und Politur (Vorreinigung + Säge-Schaden-Entfernung)
Zweck: Entfernung der Säge-Schaden-Schicht, Oberflächenmetallverunreinigungen, Partikel und Öl; ein- oder beidseitiges Polieren des Wafers, um eine saubere, flache Siliziumbasis zu erhalten und die spätere gleichmäßige Abscheidung der Tunnelschicht zu gewährleisten.
Hauptausrüstung: Inline-Nassreinigungs- und Polierlinie, alkalische Polierwanne, Säurereinigungsbehälter.
Wichtige Chemikalien: starke Lauge (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, Texturierungsadditiv, Tensid.
Wichtige Überwachungspunkte:
Poliergewichtsverlust: elektronische Waage
Oberflächenreflexion: Reflexionsmessgerät
Minoritätsträgerlebensdauer iVoc: WCT-120 Transient-Lebensdauertester
Trägerrekombinations-Bildgebung: PL-Tester (R3-PL)
Oberflächenrauheit und Sauberkeit: optisches Mikroskop
Qualitätskontrolle: Säge-Schaden vollständig entfernt, keine Flecken oder Stufen auf der Oberfläche, gleichmäßiger Gewichtsverlust, kein offensichtlicher Lebensdauerabfall.
3.2 Tunneloxid + Poly-Si-Abscheidung
Zweck: Aufwachsen eines ultradünnen Tunneloxids (SiO₂) und dann einer intrinsischen Poly-Si-Schicht auf der Wafer-Rückseite, um die Kern-TOPCon-Passivierungsstruktur für starke Feld- und chemische Passivierung und geringe Rückrekombination zu bilden.
Hauptausrüstung: Rohr-LPCVD.
Gasquellen: SiH₄, O₂, N₂ (Träger / Spülgas).
Wichtige Punkte:
Poly-Si-Dicke: Poly-Dickenmesser, Ellipsometer
Tunneloxiddicke: ECV, Ellipsometer
iVoc (WCT-120)
PL-Gleichmäßigkeit
Schichtwiderstand (intrinsisches Poly-Monitoring vor Dotierung)
Qualitätskontrolle: Oxid ultradünn und gleichmäßig, Poly-Si dicht und pinholefrei, gute Dickengleichmäßigkeit über den Wafer.
3.3 Rückseitige SiN-Maskenabscheidung
Zweck: Abscheidung einer dichten Siliziumnitridschicht (SiNₓ) auf dem intrinsischen Poly-Si als Blockiermaske für die späteren Laseröffnungs- und Dotierungsschritte, um selektive Dotierungszonen zu ermöglichen.
Hauptausrüstung: PECVD.
Gasquellen: SiH₄, NH₃, N₂.
Schlüsselparameter: SiN-Dicke (spektroskopisches Ellipsometer), Brechungsindex und Gleichmäßigkeit, iVoc, PL-Gleichmäßigkeit.
Qualitätskontrolle: dichte Maske, keine Pinholes, gleichmäßige Dicke zur Gewährleistung der Dotierungsisolation.
3.4 Erste rückseitige Laseröffnung (Bor-Diffusionsfenster)
Zweck: Selektives Entfernen der SiN-Maske über dem Bor-Diffusionsbereich durch lokale Laserablation, während das darunterliegende intrinsische Poly-Si erhalten bleibt, um das Fenster für das spätere p-Poly zu öffnen.
Hauptausrüstung: Faser-/Nanosekunden- oder Pikosekunden-Laseröffnungssystem, hochpräzises Laserstrukturierungswerkzeug.
Prozessoptimierung: Anpassung von Laserleistung, Wiederholrate, Scangeschwindigkeit und Spotüberlapp, sodass nur die obere SiN-Maske entfernt wird und das darunterliegende intrinsische Poly-Si nicht beschädigt wird, wodurch die Passivierungsbasis intakt bleibt.
Wichtige Charakterisierung: Lichtmikroskopische Überprüfung der Grabenform, Kantenintegrität und ob die Poly-Schicht verbrannt ist.
3.5 Rückseitige Bor-Dotierung (p-Poly)
Zweck: Bor-Diffusion des intrinsischen Poly-Si im geöffneten Bereich, um es in p-Typ hochdotiertes Poly (p-Poly) umzuwandeln, während auf der Oberfläche BSG gebildet wird. Das BSG dient später als natürliche Blockiermaske für die Phosphordiffusion.
Hauptausrüstung: Rohr-Bor-Diffusionsofen.
Prozessmedien: Flüssigquelle BBr₃; Umgebung O₂, N₂.
Wichtige Charakterisierung: p-Zonen-Schichtwiderstand, Dotierungsgleichmäßigkeit, BSG-Bedeckungsintegrität, PL-Dotierungsgleichmäßigkeit.
Qualitätskontrolle: ausreichende Bor-Dotierung, gleichmäßiger Schichtwiderstand, durchgehendes und vollständiges BSG ohne lokale Lücken.
3.6 Zweite Laseröffnung auf der Rückseite (Phosphordiffusionsfenster)
Zweck: Entfernen der verbleibenden SiN-Maske, um das undotierte intrinsische Poly-Si als n-Typ-Phosphordotierungszone freizulegen, während die bereits gebildete BSG-Schicht vor Laserschäden geschützt bleibt.
Hauptausrüstung: Laserstrukturierungs-/Öffnungssystem.
Prozessfokus: präzise Laserenergiesteuerung, um ein Durchschlagen der BSG-Schicht zu vermeiden und eine saubere Isolationsgrenze zwischen P- und N-Zonen zu erhalten.
3.7 Rückseitige Phosphordotierung (n-poly)
Zweck: Phosphordiffusion in das intrinsische Poly-Si des zweiten Fensters zur Bildung von hochdotiertem n-Typ-Poly (n-poly). Das im vorherigen Schritt gebildete BSG fungiert als selbstjustierende Maske, die verhindert, dass Phosphor in den p-poly-Bereich diffundiert, und eine Selbstisolierung der P/N-Zonen erreicht.
Hauptausrüstung: Rohrphosphordiffusionsofen.
Prozessmedien: Flüssigquelle POCl₃; Umgebung O₂, N₂.
Schlüsselprinzip: Das restliche BSG wirkt als natürliche Diffusionsbarriere und verhindert eine Phosphorkontamination des p-poly-Bereichs. Nach der Phosphordiffusion wandelt sich das BSG teilweise in ein Bor-Phosphor-Mischoxid um, was die Isolierung weiter verstärkt.
Schlüsselcharakterisierung: Schichtwiderstand der n-Zone, P/N-Grenzisolierung, Überwachung des Leckstromtrends.
3.8 Reinigung zur Entfernung von Wrap-Around-Diffusion (BSG/PSG-Entfernung)
Zweck: Chemisches Entfernen aller BSG-, PSG- und Oberflächenrückstände sowie Abtragen der Rand-Wrap-Around- und Seitendotierschichten, um Kantenleckströme zu vermeiden.
Hauptausrüstung: Inline-Nassreinigungslinie.
Schlüsselchemikalien: hauptsächlich HF, plus saure Additive und ein gepuffertes Säuresystem.
Prozesshilfsmittel: saubere Druckluftabblasung, Heißlufttrocknung.
Qualitätskontrolle: Oxidglas vollständig entfernt, saubere Oberfläche ohne Rückstände, keine Wrap-Around-Rückstände an den Kanten.
3.9 Abscheidung der rückseitigen SiN-Passivierungsschutzschicht
Zweck: Abscheiden einer SiN-Passivierungsschutzschicht auf der rückseitigen interdigitalen P/N-Poly-Struktur, um den Rückkontaktbereich zu passivieren und zu schützen sowie chemische Angriffe in späteren Schritten zu blockieren.
Hauptausrüstung: PECVD.
Gasquellen: SiH₄, NH₃, N₂.
Charakterisierung: SiN-Dicke, Brechungsindex, Schichtgleichmäßigkeit.
3.10 Rückseitige Wachsmaske (Schutzmaske)
Zweck: Die Rückseite durch Siebdruck vollständig mit einer schützenden Wachsschicht beschichten, um die gebildete P/N-Rückkontaktstruktur und den SiN-Film zu schützen und zu verhindern, dass der spätere Frontätzprozess die funktionalen Schichten auf der Rückseite angreift.
Hauptausrüstung: Siebdrucker (Wachsdruckstation).
Kontrollfokus: Vollständiger Wachsdruck, kein Auslassdruck, keine Nadellöcher, gute Randversiegelung, damit die Rückseite während des gesamten Prozesses geschützt bleibt.
3.11 Frontseitiges chemisches Ätzen + Wachsentfernung und Reinigung
Zweck:
Entfernen überschüssiger Dotierung und Schädigungsschichten auf der Wafer-Vorderseite
Texturierung der Vorderseite zur Bildung einer Pyramidenoberfläche und Reduzierung der Frontreflexion
Erreichen einer Kantenisolation zwischen den P- und N-Zonen auf der Rückseite durch laterales Ätzen zur Reduzierung von Kantenleckströmen
Abschließendes Entfernen der Wachsmaske auf der Rückseite, um die vollständige Rückkontaktstruktur freizulegen
Hauptausrüstung: Doppelseitige Inline-Nassätz- und Texturierungslinie.
Wichtige Chemikalien: starke Lauge (NaOH), HF, Texturierungsadditiv, gepufferte Ätzlösung.
Gasquellen: saubere Druckluft, N₂-Abluft.
Qualitätskontrolle: gleichmäßige Fronttexturierung, qualifizierte Pyramidenmorphologie, ordnungsgemäße P/N-Isolation, kein Leckpfad, saubere Wachsentfernung ohne Rückstände.
3.12 Vorder- und rückseitige SiN-Antireflex-Passivierungsschicht
Zweck: Abscheidung einer SiN-Antireflex-Passivierungsschicht auf der Vorderseite für Antireflexion und Oberflächenpassivierung; Hinzufügen und Optimieren der rückseitigen Passivierungsschicht zur weiteren Verbesserung der Passivierung und Zuverlässigkeit.
Hauptausrüstung: PECVD.
Gasquellen: SiH₄, NH₃, N₂.
Charakterisierung: Schichtdicke von Vorder- und Rückseite, Brechungsindex, Minoritätsträgerlebensdauer, Reflexionsgrad.
3.13 Rückseitiger Elektrodensiebdruck und Einbrennen
Zweck: Drucken von Silber-Aluminium-Elektroden auf der rückseitigen P-Zone und Silberelektroden auf der n-Typ-Poly-Zone zur Bildung der interdigitalen Rückkontakt-Positiv- und Negativ-Elektroden, dann Verwendung von Hochtemperatur-Einbrennen zur Herstellung eines ohmschen Kontakts zwischen dem Metall und dem dotierten Poly-Si.
Hauptausrüstung: Dedizierter Rückkontakt-Siebdrucker, Inline-Einbrennofen.
Wichtige Schritte: Ausrichten und Drucken des rückseitigen Elektrodenmusters → Trocknen → Hochtemperatur-Einbrennen (Herstellung ohmscher Kontakt).
3.14 Endkontrolle und Sortierung
Prozessinhalt: EL-Inspektion (Defekte, Mikrorisse, Leckage), IV-Elektrotest (Voc, Isc, FF, Eff), Sichtprüfung, Klassifizierung und Sortierung, Verpackung und Einlagerung.
Inspektionsausrüstung: EL-Tester, IV-Tester, Sichtprüfstation.
Wichtige Herausforderungen und worauf man sich konzentrieren sollte
Was sind die schwierigen Teile der TBC-Technologie und worauf sollte man achten?
Die Kontrolle der Dickengleichmäßigkeit des ultradünnen Tunneloxids ist schwierig
Die beiden Laseröffnungsschritte erfordern extrem hohe Ausrichtgenauigkeit
Die Integrität der BSG-selbstausrichtenden Maske zu bewahren, ist der Kern des Prozesses
Der P/N-interdigitierte Isolationsätzprozess neigt zu Kantenleckagen
Der Rückkontakt-Elektrodendruck erfordert eine höhere Ausrichtgenauigkeit als bei herkömmlichen Zellen
Die Kontrolle des Minoritätsträger-Lebensdauerabfalls über den gesamten Prozessablauf ist schwierig
Wichtige SPC-Parameter, die zu überwachen sind
Tunneloxiddicke und Poly-Si-Dicke
Laseröffnungsmorphologie und Ausrichtungsabweichung für beide Schritte
Gleichmäßigkeit des Schichtwiderstands von Bor- und Phosphordiffusion
iVoc und PL-Minoritätsträgerlebensdauer, verfolgt über den gesamten Prozessablauf
Frontreflexion und Texturmorphologie
EL-Mikrorisse, Leckage und Kantenisolationsstatus
Ooitechs Ansicht
TBC lebt oder stirbt mit den Details, und die BSG-selbstausrichtende Maske ist hier der stille Held, da sie es Phosphor- und Borzonen ermöglicht, sich ohne einen dritten Maskenschritt selbst zu sortieren. Was wir an Modullinien am meisten beobachten, ist, wie sich diese rückkontaktierten Hoch-Voc-Zellen stromabwärts beim Stringen und Laminieren verhalten, da ihre vollständige Rückseitenmetallisierung das Verbindungsspiel verändert. Wenn Sie echte N-Typ-Modullinien in Betrieb sehen möchten, lohnt sich ein Blick auf unseren YouTube-Kanal www.youtube.com/ooitech mit Fabrikaufnahmen.
