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 sie auch POLO-IBC-Zelle genannt.

Es integriert die TOPCon-Tunneloxid-/Poly-Si-Passivierung tief in das IBC-Rückkontakt-Layout. Dies ergibt die starke Rückseitenpassivierung von TOPCon plus den IBC-Vorteil ohne Abschattung durch Front-Gitterlinien, 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-Metallgitterlinien, daher entfällt der Front-Abschattungsverlust 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-Abschattung, vollflächige TOPCon-Passivierung auf der Rückseite

• Standard-IBC: Rückkontaktstruktur, aber die 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

Überblick über den gesamten Prozessablauf

Wafer-Eingang → Vorreinigung / Sägeschadenentfernung → Rückseitige Tunneloxid + Poly-Si-Abscheidung (LPCVD) → Rückseitige SiN-Maskenabscheidung → Erste rückseitige Laseröffnung (Borbereich) → Bordotierung (p-poly) → Zweite rückseitige Laseröffnung (Phosphorbereich) → Phosphordotierung (n-poly) → Reinigung zum Entfernen von Wrap-around-Diffusion / BSG / PSG → Rückseitige Passivierungsschichtabscheidung → Wachsmaske drucken zum Schutz der Rückseite → Vorderseitentexturierung + P/N-Isolationsätzung → Vorder- und rückseitige SiN-Antireflex-Passivierungsschichtabscheidung → Rückseitige Metallelektroden-Siebdruck → Feuern → Elektrischer Test → Sortieren und Verpacken

Detaillierte Prozessspezifikationen

3.1 Reinigung und Politur (Vorreinigung + Sägeschadenentfernung)

Zweck: Entfernung der Sägeschadenschicht, Metallverunreinigungen auf der Oberfläche, Partikel und Öl; ein- oder beidseitiges Polieren des Wafers, um eine saubere, flache Siliziumbasis zu erhalten und eine gleichmäßige Abscheidung der späteren Tunnelschicht zu gewährleisten.

Hauptausrüstung: Inline-Nassreinigungs- und Polierlinie, alkalische Polierwanne, Säurereinigungswanne.

Wichtige Chemikalien: starke Lauge (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, Texturierungsadditiv, Tensid.

Wichtige Überwachungspunkte:

• Poliergewichtsverlust: elektronische Waage

• Oberflächenreflexion: Reflexionsmessgerät

• Minoritätsträgerlebensdauer iVoc: WCT-120 transientes Lebensdauermessgerät

• Trägerrekombinationsbildgebung: PL-Tester (R3-PL)

• Oberflächenrauheit und Sauberkeit: optisches Mikroskop

Qualitätskontrolle: Sägeschaden vollständig entfernt, keine Flecken oder Stufen auf der Oberfläche, gleichmäßiger Gewichtsverlust, kein deutlicher Lebensdauerabfall.

3.2 Tunneloxid + Poly-Si-Abscheidung

Zweck: Aufwachsen eines ultradünnen Tunneloxids (SiO₂) und dann einer intrinsischen Poly-Si-Schicht auf der Waferrückseite, 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 (Bordiffusionsfenster)

Zweck: Selektives Entfernen der SiN-Maske über dem Bordiffusionsbereich durch lokale Laserablation, während das darunterliegende intrinsische Poly-Si erhalten bleibt, um das Fenster für das spätere p-Typ-Poly zu öffnen.

Hauptausrüstung: Faser-/Nanosekunden- oder Pikosekunden-Laseröffnungssystem, hochpräzises Laserstrukturierungswerkzeug.

Prozessabstimmung: 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 Bordotierung (p-Poly)

Zweck: Bordiffusion des intrinsischen Poly-Si im geöffneten Bereich, um es in stark dotiertes p-Typ-Poly (p-Poly) umzuwandeln, während auf der Oberfläche BSG gebildet wird. Das BSG dient später als natürliche Blockiermaske für die Phosphordiffusion.

Hauptausrüstung: Rohr-Bordiffusionsofen.

Prozessmedien: Flüssigquelle BBr₃; Umgebung O₂, N₂.

Wichtige Charakterisierung: p-Zonen-Schichtwiderstand, Dotierungsgleichmäßigkeit, BSG-Bedeckungsintegrität, PL-Dotierungsgleichmäßigkeit.

Qualitätskontrolle: ausreichende Bordotierung, gleichmäßiger Schichtwiderstand, durchgehendes und vollständiges BSG ohne lokale Lücken.

3.6 Zweite rückseitige Laseröffnung (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 ermöglicht eine Selbstisolierung der P/N-Zonen.

Hauptausrüstung: Rohr-Phosphordiffusionsofen.

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, Leckstrom-Trendüberwachung.

3.8 Reinigung zur Entfernung von Wrap-Around-Diffusion (BSG/PSG-Entfernung)

Zweck: Chemisches Entfernen aller BSG-, PSG- und Oberflächenrückstände sowie Entfernen der Kanten-Wrap-Around- und Seitendotierschichten, um Kantenleckströme zu vermeiden.

Hauptausrüstung: Inline-Nassreinigungsanlage.

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: Abscheidung einer SiN-Passivierungsschutzschicht auf der rückseitigen interdigitalen P/N-Poly-Struktur, um den Rückkontaktbereich zu passivieren und zu schützen und chemische Angriffe in späteren Schritten zu blockieren.

Hauptausrüstung: PECVD.

Gasquellen: SiH₄, NH₃, N₂.

Charakterisierung: SiN-Dicke, Brechungsindex, Schichtgleichmäßigkeit.

3.10 Rückseitige Wachsmaskenbeschichtung (Schutzmaske)

Zweck: Die Rückseite durch Siebdruck vollständig mit einer schützenden Wachsschicht überziehen, 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).

Kontrollschwerpunkt: Vollständiger Wachsdruck, kein Auslassdruck, keine Nadellöcher, gute Randabdichtung, damit die Rückseite während des gesamten Prozesses geschützt bleibt.

3.11 Frontseitiges chemisches Ätzen + Wachsentfernung und Reinigung

Zweck:

1. Entfernen überschüssiger Dotierung und Schädigungsschichten auf der Wafer-Vorderseite

2. Texturieren der Vorderseite zur Bildung einer Pyramidenoberfläche und Reduzierung der Frontreflexion

3. Erreichen einer Kantenisolation zwischen den rückseitigen P- und N-Zonen durch laterales Ätzen zur Reduzierung von Kantenleckströmen

4. Abschließendes Entfernen der rückseitigen Wachsmaske, um die vollständige Rückkontaktstruktur freizulegen

Hauptausrüstung: Doppelseitige Inline-Nassätz- und Texturieranlage.

Wichtige Chemikalien: starke Lauge (NaOH), HF, Texturierungsadditiv, gepufferte Ätzlösung.

Gasquellen: saubere Druckluft, N₂-Abblasung.

Qualitätskontrolle: gleichmäßige Fronttexturierung, qualifizierte Pyramidenmorphologie, ordnungsgemäße P/N-Isolation, kein Leckpfad, saubere Wachsentfernung ohne Rückstände.

3.12 Vorder- und rückseitige SiN-Antireflex-Passivierungsschicht

Zweck: Abscheiden einer SiN-Antireflex-Passivierungsschicht auf der Vorderseite für sowohl Antireflexion als auch 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, um die interdigitalen Rückkontakt-Positiv- und Negativ-Elektroden zu bilden, dann Verwendung von Hochtemperatur-Einbrennen zur Bildung 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 (Bildung 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 Minoritätsträgerlebensdauerabfalls über den gesamten Prozessablauf ist schwierig

Wichtige SPC-Parameter zur Überwachung

• Tunneloxiddicke und Poly-Si-Dicke

• Laseröffnungsmorphologie und Ausrichtungsabweichung für beide Schritte

• Schichtwiderstandsgleichmäßigkeit der Bor- und Phosphordiffusion

• iVoc und PL-Minoritätsträgerlebensdauer über den gesamten Prozessablauf verfolgt

• Frontreflexion und Texturmorphologie

• EL-Mikrorisse, Leckage und Kantenisolationsstatus

Ooitech's Sicht

TBC lebt oder stirbt mit den Details, und die BSG-selbstausrichtende Maske ist hier der stille Held, da sie es ermöglicht, dass sich Phosphor- und Borzonen ohne einen dritten Maskenschritt selbst sortieren. Was wir an Modullinien am meisten beobachten, ist, wie sich diese rückkontaktierten Zellen mit hohem Voc 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.