TOPCon-Solarzellen-Herstellungsprozess: Schritt für Schritt

Kurze Antwort: Der TOPCon-Solarzellen-Herstellungsprozess verwandelt eine N-Typ-monokristalline Siliziumscheibe durch eine lange Abfolge kontrollierter Schritte in eine fertige hocheffiziente Zelle. Er beginnt mit der Texturierung zur Bildung der lichtfangenden Oberfläche, dann Bor-Diffusion zur Erzeugung des Emitters und Laser-SE zur Hochdotierung der Kontaktbereiche, gefolgt von Ausheilen und alkalischem Polieren. Die entscheidenden Schritte folgen als Nächstes: RCA-Reinigung, Wachstum des ultradünnen Tunneloxids und Abscheidung der dotierten Polysiliziumschicht durch PE-poly oder LPCVD. Antireflexbeschichtung, Metallisierung durch Siebdruck und Feuern vervollständigen die Zelle. Die Prozessfenster sind eng — die Bor-Diffusion läuft bei etwa 900°C, die LPCVD-Polysiliziumabscheidung bei etwa 600°C und die Feuerungsspitze nähert sich 920°C — und jeder Schritt steuert einen Teil der endgültigen Effizienz. Testen und Sortieren teilen die Zellen vor dem Versand zum Stringing nach Strom in Klassen ein.

PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech

Einführung

Monokristalline N-Typ- TOPCon Solarzellen haben sich zu einer der vielversprechendsten Hocheffizienztechnologien in der Photovoltaikindustrie entwickelt. Ihre Herstellung umfasst eine lange Kette sorgfältig kontrollierter Schritte, darunter Texturierung, Bordiffusion, Laser-SE, Tempern, alkalisches Polieren, PE-poly, Tempern, RCA-Reinigung, Beschichtung, Metallisierung sowie abschließende Tests und Sortierung. In diesem Artikel gehen wir jeden Hauptprozessschritt durch und erklären, warum er wichtig ist.

1. Texturierung (TEX)

Zweck der Texturierung

Das Ziel der Texturierung ist es, die mechanische Schädigungsschicht auf der Waferoberfläche zu entfernen und eine pyramidenförmige texturierte Oberfläche zu bilden, die die Lichtabsorption erhöht. Durch die Verringerung der Oberflächenreflexion wird der Kurzschlussstrom (Isc) verbessert, was letztendlich die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Zelle erhöht.

Nassätzen ist heute das gängigste Texturierungsverfahren. Metallionen, Schädigungsschichten und andere Verunreinigungen auf der Waferoberfläche wirken als Rekombinationszentren. Da getrennte Elektronen und Löcher über die Waferoberfläche wandern und dort gesammelt werden müssen, verringern diese Rekombinationszentren die Minoritätsträgerlebensdauer, wodurch Ladungsträger rekombinieren, bevor sie als externer Strom ausgegeben werden können. Oberflächenoxide und organische Verunreinigungen beeinträchtigen auch die Abscheidungs- und Passivierungsqualität von AlOx- und SiNx-Schichten, daher ist eine gründliche Oberflächenreinigung entscheidend und wirkt sich direkt auf die Zelleffizienz aus.

Reaktionsprinzip

Die Texturierung beruht auf der anisotropen Ätzeigenschaft von kristallinem Silizium, bei der niedrig konzentrierte Alkalien und Zusätze verschiedene Kristallorientierungen mit unterschiedlichen Raten ätzen. Die Ätzrate auf den (110)- und (100)-Ebenen ist weitaus größer als auf der (111)-Ebene. Nach einer bestimmten Ätzzeit bleiben auf der monokristallinen Waferoberfläche vier aus (111)-Ebenen bestehende „Pyramiden“-Strukturen zurück.

Die atomare Anordnung unterscheidet sich zwischen den Kristallebenen, was zu unterschiedlichen Ätzraten führt:

• (100)-Ebene: relativ lockere Atomanordnung mit mehr freiliegenden chemischen Bindungen, was die schnellste Ätzrate ergibt.

• (110)-Ebene: Atomdichte zwischen (100) und (111), mit einer schnelleren, aber etwas geringeren Ätzrate als (100).

• (111)-Ebene: dichteste Atompackung, chemische Bindungen schwer angreifbar, was die langsamste Ätzrate ergibt.

Rolle von Texturierungsadditiven

Additive senken die Oberflächenspannung von Silizium, fördern die Freisetzung von während der Reaktion gebildeten Wasserstoffblasen und machen die Pyramiden gleichmäßiger. Sie verbessern die Benetzung zwischen der Waferoberfläche und der Reaktionslösung, schwächen die Ätzstärke der NaOH-Lösung, erhöhen die Keimbildungspunkte und die Keimdichte und fördern die Bildung vieler kleiner Pyramiden. Im Allgemeinen haben die Eigenschaften des Additivs den direktesten Einfluss auf die texturierte Pyramidenoberfläche.

Prozessablauf

Die Texturierungssequenz umfasst typischerweise: Vorreinigung mit NaOH und H2O2 (unterstützt durch Ultraschallreinigung bei 60°C, gefolgt von Spülen mit reinem Wasser) zur Entfernung von organischen Verunreinigungen, Metallverunreinigungen und Sägeschäden; alkalisches Texturieren mit etwa 0,6% NaOH und 0,4% Additiv bei 82°C für 420 Sekunden zur Bildung der Pyramidentextur; Nachreinigung zur Entfernung restlicher organischer Stoffe; Säurereinigung mit verdünnter Säure (3,15% HCl + 7,1% HF) zur Neutralisierung restlicher Alkalien und Entfernung der Oxidschicht; langsames Herausziehen zur Vorentwässerung, um den Wasserfilm durch Oberflächenspannung zu entfernen; und schließlich Trocknen mit 90°C heißer Luft.

2. Bordiffusion (B-Diff)

Zweck

Bei hoher Temperatur diffundieren Boratome in die Oberfläche des N-Typ-Wafers und bilden einen PN-Übergang. Das eingebaute Feld des PN-Übergangs trennt die photogenerierten Ladungsträger, um extern Strom zu erzeugen. P-Typ-Wafer mit hoher Löcherkonzentration verwenden Phosphordotierung zur Bildung des Übergangs; N-Typ-Wafer mit hoher Elektronenkonzentration verwenden Bordotierung.

Prozessprinzip

Bortrichlorid (BCl3) strömt durch ein Quarzrohr bei 800-900°C und reagiert mit Sauerstoff zu B2O3, das sich mit Stickstoff als Trägergas auf der Waferoberfläche ablagert und mit Si reagiert, um Boratome zu erzeugen, wodurch eine Borsilikatglas-Schicht (BSG) entsteht. Die Boratome diffundieren dann in den Wafer und bilden den PN-Übergang. BCl3 ist eine farblose, rauchende Flüssigkeit oder ein Gas mit einer Dichte von 1,35 kg/m3, einem Schmelzpunkt von -107,3°C und einem Siedepunkt von 12,5°C. Es ist nicht brennbar, reizend und stechend, zersetzt sich in Wasser unter Bildung von Chlorwasserstoff und Borsäure mit erheblicher Wärmefreisetzung. Das Zwischenprodukt B2O3 mit einem Schmelzpunkt von 450°C und einem Siedepunkt von 1860°C bleibt während des gesamten Prozesses flüssig und ist stark korrosiv für Quarzbauteile.

Bordiffusion ist schwieriger als Phosphordiffusion, daher stellt das TOPCon-Verfahren höhere Anforderungen an die Ausrüstung, einschließlich höherer Gleichmäßigkeit, höherer Diffusionstemperaturen (normalerweise über 1000°C) und längerer Diffusionszeiten (die Filmbildung dauert oft bis zu 240 Minuten), was die Ausrüstungs- und Produktionskosten in der Phase der Übergangsbildung erhöht.

Prozessablauf

Die Diffusion wird auf zwei Arten durchgeführt. Die Prädepositionsdiffusion (der BSG-Abscheidungsschritt) verwendet eine niedrigere Temperatur und hält den Wafer in einer gesättigten Verunreinigungsatmosphäre, sodass die Oberflächenverunreinigungskonzentration konstant bleibt; dies wird als Diffusion mit konstanter Oberflächenquelle bezeichnet. Die Umverteilungsdiffusion drückt das Bor aus dem BSG bei höherer Temperatur in einer sauerstoffreichen Atmosphäre ohne externe Verunreinigungen in den Wafer; hier ändert sich die Oberflächenkonzentration im Laufe der Zeit, was als Diffusion mit begrenzter Oberflächenquelle bezeichnet wird, mit einer Gaußschen Verunreinigungsverteilung.

Die typischen Prozessschritte sind: Vakuumpumpen, um niedrigen Druck zu erreichen; Aufheizen auf die Diffusionstemperatur (800-900°C); Halten der Temperatur bei weiterer Druckreduzierung; Lecksuche unter niedrigem Druck; Voroxidation zur Bildung einer 1 nm dicken SiO2-Schicht, um den nächsten Diffusionsschritt zu verlangsamen und die Bordiffusion gleichmäßiger zu machen; Diffusion/Abscheidung durch Einführung der Borquelle für aktive Prädeposition und passive Eintreibung; weiteres Aufheizen über 900°C, um Diffusionsrate und -tiefe zu erhöhen; Nachoxidation zur Bildung einer SiO2-Schicht über 100 nm, um den Borgehalt zu kontrollieren, den Übergang zu vertiefen, eine Schutzschicht zu bilden und Substratverunreinigungen zu gettern; Abkühlen auf eine sichere Ofenöffnungstemperatur; und Brechen des Vakuums mit N2, um den Atmosphärendruck wiederherzustellen.

3. BSG-Entfernung und alkalisches Ätzen

BSG-Entfernung

Nach der Bordiffusion tragen die Waferrückseite und die Kanten eine dicke BSG-Schicht (40-100nm Oxid). Diese Borosilikatglasschicht beeinträchtigt nachfolgende Prozesse und kann einen PN-Übergangs-Leckstrom verursachen, daher sind nach der Dotierung chemisches Ätzen und Reinigen erforderlich. Vor dem alkalischen Ätzen entfernt ein Inline-einseitiger HF-Prozess das BSG auf der Rückseite und an den Kanten, während das BSG auf der Vorderseite während des alkalischen Ätzens als Maske erhalten bleibt, um die Vorderstruktur zu schützen.

Der Wafer durchläuft zuerst die Inline-HF-Reinigungsanlage, wo etwa 60% HF das BSG auf der Rückseite in Lösung auflöst, während ein Wasserfilm das BSG auf der Vorderseite schützt, gefolgt von etwa 0,5 Minuten Spülen mit reinem Wasser. Die Abfolge umfasst: Aufbringen eines Wasserfilms unter Nutzung der Hydrophilie von SiO2 zum Schutz des vorderen BSG; HF-Ätzen des BSG auf Rückseite und Kanten; einen Wasserstrahlschritt, um den möglicherweise kontaminierten Wasserfilm zu erneuern; Waschen mit Wasser zur Entfernung von Rest-HF; Säurereinigung zur Entfernung restlicher Verunreinigungsionen; und Trocknen des vorderen Wasserfilms.

Alkalisches Ätzen

Der Zweck des alkalischen Ätzens besteht darin, den PN-Übergang auf der Rückseite und an den Kanten zu entfernen, um Leckströme zu verhindern, und eine gleichmäßige, saubere Rückseitenmorphologie als Vorbereitung für die Rückseitenpassivierung zu schaffen.

Es gibt zwei Hauptansätze. Das sekundäre Texturieren ähnelt im Prinzip dem ersten Texturieren, aber der Zusatzstoff muss die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen BSG und Alkali verringern. Beim alkalischen Polieren werden hochkonzentrierte Alkalien und Zusatzstoffe verwendet, um die Alkali-Silizium-Reaktion zu beschleunigen, die anisotrope Ätzcharakteristik abzuschwächen und eine stark reflektierende polierte Morphologie zu bilden. Der Zusatzstoff für das alkalische Ätzen schützt das vordere BSG, verringert dessen Reaktionsgeschwindigkeit mit Alkali, um Überätzen zu verhindern, hält das BSG als Maske für spätere Schritte, verringert die Oberflächenspannung, um Wasserstoffblasen freizusetzen, verbessert die Benetzung und erhöht die Keimbildungsdichte.

4. Abscheidung und Beschichtung

In dieser Phase werden die Tunneloxid- (TOX), Poly-Si-Schicht und Maske abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt hauptsächlich in der Vakuumgasphase und kann in physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und Atomlagenabscheidung (ALD) unterteilt werden. Bei der PVD wird eine Materialquelle in Atome, Moleküle oder Ionen verdampft und unter niedrigem Druck auf dem Substrat abgeschieden; bei der CVD entstehen Abscheidungen durch chemische Reaktionen auf dem Substrat; und bei der ALD wird Material Schicht für Schicht als einzelne Atomlagen abgeschieden.

Tunneloxidschicht (TOX)

Die Tunneloxidschicht basiert auf dem Quantentunneleffekt und verwendet ein ultra-dünnes Oxid (typischerweise 1-2 nm) als Barriere. Zwischen dem n-Typ-Siliziumsubstrat und der dotierten Poly-Si-Schicht ermöglicht sie einen trägerselektiven Transport: Elektronen (Majoritätsträger) tunneln durch das Oxid in die Poly-Si-Schicht, während Löcher (Minoritätsträger) eine höhere Barrierenhöhe (etwa 4,5-4,8 eV) überwinden müssen und blockiert werden. Sie erzeugt auch Bandverbiegung und Feldpassivierung, wobei die Austrittsarbeitsdifferenz zwischen dem dotierten Poly-Si und dem Substrat die Grenzflächenenergiebänder verbiegt und ein elektrostatisches Feld bildet, das Majoritätsträger erhöht und Minoritätsträger abstößt, wodurch die Grenzflächenrekombination weiter reduziert wird.

Das Oxid kann durch thermische Oxidation (kompatibel mit LPCVD) oder durch PECVD, PEALD und thermische Oxidation (kompatibel mit PECVD) hergestellt werden. In Bezug auf die Schichtdichte bietet PEALD die beste Passivierung, jedoch zu höheren Anlagenkosten, während thermische Oxidation und PECVD wirtschaftlicher sind. ALD liefert typischerweise etwa 0,7 nm, thermische Oxidation etwa 1,3 nm, und der Tunnelmechanismus wird im Allgemeinen bei Dicken unter 1,6 nm erreicht. LPCVD ist ausgereifter und bietet Vorteile wie einfache Steuerung und hohe Schichtqualität, neigt jedoch dazu, eine umlaufende dotierte Poly-Si-Schicht an der Vorderkante zu bilden, die entfernt werden muss, und hat eine langsame Abscheiderate. PECVD-Poly-Si ist eine neuere Technologie mit schnellerer Abscheidung, In-situ-Dotierung und geringerem Umlauf, aber ihre Reife muss noch verbessert werden, und sie kann unter Staub, hohem Wasserstoffgehalt und Blasenbildung während des Hochtemperatur-Temperns leiden.

Poly-Si-Schicht

Polykristallines Silizium (Poly) besteht aus unzähligen winzigen Siliziumkörnern, mit Korngrößen typischerweise von zehn bis hundert Nanometern und Korngrenzen dazwischen. Die Poly-Si-Schicht ist normalerweise phosphordotiert, um hochdotiertes n-Typ-Poly-Si zu bilden, was die Leitfähigkeit verbessert, einen trägerselektiven Transport ermöglicht und einen guten ohmschen Kontakt mit dem Substrat bildet.

Die Poly-Si-Herstellung umfasst sowohl Abscheidung als auch Dotierung. Die Abscheidung verwendet hauptsächlich LPCVD oder PECVD mit einer Dicke von etwa 100-150 nm; der amorphe Film ändert während des Ausheizens seine Kristallinität und wandelt sich von einer mikrokristallin-amorphen Mischphase in polykristallin um und aktiviert die Passivierung. Bei der Dotierung scheidet LPCVD normalerweise zuerst eine intrinsische Poly-Si-Schicht ab und führt dann die Phosphordotierung über einen Diffusionsofen oder eine Ionenimplantation durch (Ex-situ-Dotierung), da eine Dotierung während der langsamen LPCVD-Abscheidung diese weiter verlangsamen würde. PECVD hat eine höhere Filmeffizienz und kann die Phosphordotierung während der Beschichtung (In-situ-Dotierung) abschließen. LPCVD, die Haupttechnologie für Poly-Si, funktioniert durch thermische Zersetzung von Silan (SiH4) in Siliziumatome, die sich zu einem Film abscheiden. Beachten Sie, dass dickeres Poly-Si schwerwiegendere FCA-Verluste (parasitäre Verluste) und größere Kurzschlussstromverluste verursacht, und eine höhere Phosphordotierung die FCA-Absorption und den Stromverlust erhöht.

Maskenschicht

Die Maskenschicht ist normalerweise ein etwa 10 nm dicker SiO2-Film, der nach der Poly-Si-Abscheidung aufgewachsen wird, um die Rückseitenstruktur zu schützen und hauptsächlich zu verhindern, dass nachfolgende Nassprozesse die Poly-Si-Schicht ätzen. Um sicherzustellen, dass die Rückseitenstruktur in der Tank-Nassausrüstung nicht beschädigt wird, wird nach dem Poly-Prozess eine SiOx-Maske (etwa 10 nm) auf der Rückseite unter Verwendung von Silan und Lachgas aufgewachsen (Hinweis: Silan und Sauerstoff bergen in Nicht-Vakuum-Umgebungen Explosionsgefahr).

Die Prozessschritte sind: Vakuumvorheizen, um den Wafer auf die erforderliche Temperatur zu bringen; Vorabscheidung der intrinsischen Siliziumquelle (nur Gas, kein RF, um das Rohr gleichmäßig zu füllen und den Druck zu stabilisieren); Abscheidung der intrinsischen Siliziumquelle (RF ein, um einen undotierten Film abzuscheiden, der Phosphor aus dem dotierten Poly blockiert und puffert); Vorabscheidung der dotierten Siliziumquelle (nur Gas); Abscheidung der dotierten Siliziumquelle (RF ein, um einen phosphordotierten Polyfilm abzuscheiden); Oxidmaskenbildung durch PECVD-SiOx; und N2/Ar-Spülung, um SiH4 und N2O aus dem Rohr zu drücken, um eine Verbrennung beim Öffnen der Ofentür zu verhindern.

5. Ausheizen

Der Zweck des Ausheizens besteht darin, das durch PECVD gewachsene amorphe Silizium in polykristallines Silizium umzuwandeln, Phosphoratome zu aktivieren und die Junktionstiefe voranzutreiben sowie Pinholes zu bilden. Der Prozess führt BN2 (Bornitrid) ein und heizt langsam auf 890-920°C, wobei das BN2 bei hoher Temperatur eingetrieben wird, um die Phosphoratome im Polyfilm zu aktivieren und eine effektive Dotierung zu bilden.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Ausheizen (Annealing) und TOX: Bei unveränderter Tunneloxidschicht erzeugt eine höhere Ausheiztemperatur mehr Pinholes und Eindiffusion, senkt den Kontaktwiderstand und verbessert den Füllfaktor, während die Passivierungsanforderungen weiterhin erfüllt werden; bei gleicher Ausheiztemperatur erzeugt ein dickeres Tunneloxid mehr Pinholes und Eindiffusion sowie einen höheren Sättigungsstrom.

6. PSG-Entfernung und RCA-Reinigung

Während der PEALD-Abscheidung des n+-poly-Si-Films bildet sich auf der Wafervorderseite eine lokale n+-poly-Schicht, die von einem dünnen Maskenfilm (SiOx) bedeckt ist. Einseitiges HF entfernt das SiOx, anschließend entfernt ein alkalisches Bad das n+-poly-Si auf der Vorderseite. Der Wafer durchläuft nacheinander den Ätzbehälter, den Alkalibehälter und den Reinigungsbehälter für chemische Reaktionen, bevor er getrocknet wird.

Der Zweck von RCA besteht darin, umlaufende Metallisierung (Wrap-around) zu entfernen und eine Kantenätzung durchzuführen, um Kantenleckströme zu verhindern, sowie den Wafer zu reinigen, indem vorderes und hinteres BSG sowie die Maske entfernt werden, und ihn für die vorderen und hinteren Passivierungsschichten zu dehydrieren. Da Poly polykristallines Silizium ist, erfolgt die Entfernung der umlaufenden Metallisierung durch alkalisches Polieren mit hochkonzentrierter Lauge und Additiven.

Die RCA-Additive reinigen anorganische Substanzen und Restprodukte, um die Benetzung der Oberfläche zu verbessern, wirken als Reaktionskatalysatoren, um die Bindung von OH- an Silizium zu beschleunigen und die Ätzung von umlaufender Metallisierung und Kanten zu beschleunigen, und reduzieren die Alkali-Ätzrate von Siliziumdioxid, um das vordere BSG und die hintere Maske vor übermäßigem Ätzen zu schützen.

Die Prozessschritte sind: Inline-HF, um das nach dem N2-Ausheizen auf der Vorderseite und den Kanten gebildete PSG zu entfernen, während das hintere PSG zum Schutz des hinteren Poly erhalten bleibt; alkalisches Polieren mit NaOH und Additiv, um überschüssiges Poly auf Vorderseite und Kanten zu entfernen; alkalisches Waschen, um restliche Additive und Verunreinigungen zu entfernen; Säurereinigung, um restliche Alkalien zu neutralisieren und Metallionen zu entfernen; langsames Herausziehen mit entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur durch einen Roboter, um Wasserflecken zu vermeiden; und Trocknen bei 90°C, um Restflüssigkeit auf Wafern und Trägern zu verhindern.

7. ALD (Atomlagenabscheidung)

Die Atomlagenabscheidung beschichtet das Substrat mit einzelnen Atomlagen und zeichnet sich durch ihre selbstlimitierende Natur aus, die die Grundlage der ALD bildet. Durch zeitliche oder räumliche Intervalle wird das Substrat abwechselnd verschiedenen Precursoren ausgesetzt. Wenn sich das Substrat in der Atmosphäre von Precursor A befindet, wird A chemisch auf der Oberfläche adsorbiert, bis zur Sättigung, dann stoppt es; wenn es Precursor B ausgesetzt wird, reagiert B mit dem bereits adsorbierten A, wobei Nebenprodukte entstehen, bis der erste Precursor vollständig verbraucht ist und die Reaktion automatisch stoppt, wodurch die gewünschte Atomlage entsteht. ALD wiederholt diese Reaktion, um den gewünschten Film aufzubauen.

Auf der Waferrückseite reduziert die AlOx-Passivierung die Rekombinationsrate an der Rückseitenoberfläche. Aluminiumoxid trägt feste negative Ladungen, die sich direkt an der Grenzfläche zwischen dem Aluminiumoxid und dem Siliziumoxid auf der Waferoberfläche befinden; diese hochdichte negative Ladung gewährleistet eine effektive Feldpassivierung. Aluminiumoxid bietet auch eine ausgezeichnete chemische Passivierung, sättigt die freien Bindungen an der kristallinen Siliziumoberfläche und reduziert die Grenzflächenzustandsdichte.

Die Prozessschritte sind: Vorabscheidung (nur Gas, kein RF, gleichmäßiges Füllen des Rohrs und Stabilisierung des Drucks, kurz gehalten, um Gasverschwendung und Sicherheitsrisiken zu vermeiden); Abscheidung (RF an, wobei TMA ein Plasma bildet, das mit der Oberfläche reagiert und AlOx bildet, dann Spülen mit Inertgas, Wiederholung für 40 Zyklen); und Ar-Spülen, um TMA und O2 aus dem Rohr zu drücken, um die TMA-Verbrennung beim Öffnen der Ofentür zu verhindern.

8. Vorder- und Rückseiten-Siliziumnitrid (SiNx)

Die SiNx-Beschichtung erfüllt mehrere Zwecke. Sie schützt die Zelloberfläche, da Siliziumnitrid eine sehr hohe Festigkeit aufweist, die bis zu 1200°C standhält, eine ausgezeichnete chemische Korrosionsbeständigkeit gegen fast alle anorganischen Säuren und NaOH unter 30% besitzt und ein Hochleistungs-Elektroisolator ist. Sie bietet eine Antireflexbeschichtung mit einem optimalen Einzelschicht-Brechungsindex von 1,96 in Luft; ein erhöhter Siliziumgehalt verstärkt die Oberflächenpassivierung, und die Literatur berichtet, dass die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit bei einem Brechungsindex von 2,3 unter 20 cm/s fällt, mit der besten Volumenpassivierung zwischen 2,1 und 2,3. Sie verhindert auch Oxidation durch ihre dichte Struktur. Die TOPCon-Emitterspassivierung auf der Vorderseite verwendet hauptsächlich Aluminiumoxid plus SiNx:H-Film, während die Rückseitenpassivierung hauptsächlich poly-Si verwendet.

Der SiNx-Passivierungsmechanismus wirkt auf zwei Arten. Chemische Passivierung reduziert die Defektdichte an der Grenzfläche, indem sie die Anzahl der freien Bindungen (dangling bonds) verringert, entweder durch das Aufwachsen einer Oberflächenschicht, die den Atomen genügend Zeit und Energie gibt, um freie Bindungen abzusättigen, oder durch das Abscheiden eines wasserstoffreichen dielektrischen Films und das Freisetzen von Wasserstoff während des Sinterns, sodass dieser sich mit freien Bindungen verbindet. Feldinduzierte Passivierung reduziert die Anzahl der Minoritätsträger, die die Oberfläche erreichen, indem sie in der Nähe der Oberfläche ein elektrisches Feld erzeugt, das Träger gleicher Polarität abstößt. Dies wird erreicht, indem die hohe Oberflächendotierungskonzentration gesenkt oder eine dielektrische Schicht mit hoher fester Ladung hinzugefügt wird.

Die SiNx-Prozessschritte sind: Vorabscheidung (nur Gas, kein RF, Befüllen des Rohrs und Stabilisieren des Drucks); Abscheidung 1-2-3 (RF an, Einleiten von SiH4 und NH3 zur Bildung von drei SiNx-Schichten mit allmählich abnehmendem Si-N-Verhältnis, da ein höheres Si-N-Verhältnis einen höheren Brechungsindex ergibt); Abscheidung 4 (RF an, SiH4, O2 und NH3 bilden eine SiONx-Schicht); Abscheidung 5 (RF an, SiH4 und O2 bilden eine SiO2-Schicht); und N2-Spülen der Leitungen und des Rohrs, um reaktives Gas zu entfernen und eine SiH4-Explosion beim Öffnen der Ofentür zu verhindern.

9. Siebdruck (Metallisierung)

Nachdem Texturierung, Diffusion und Beschichtung den PN-Übergang und die Passivierung abgeschlossen haben, kann die Zelle unter Licht Strom erzeugen. Um diesen Strom zu extrahieren und zu sammeln, werden Vorder- und Rückseitenelektroden auf die Zelloberfläche gedruckt, normalerweise durch Siebdruck, Trocknen und Sintern.

Das Siebdrucksystem besteht aus fünf Elementen: Rakel, Tinte (Paste), Sieb, Substrat (Wafer) und Druckplattform. Geeignete Druckeigenschaften der Paste (Viskosität, Scherverdünnungsfähigkeit) sind die Voraussetzung für großflächiges Massendrucken, und Siebmaschenzahl, Drahtdurchmesser und entworfene Linienbreite bestimmen weitgehend die gedruckte Morphologie. Beim Betrieb gelangt Paste durch die strukturierten Maschenöffnungen, und ein Rakel übt Druck aus, während es sich über das Sieb bewegt, und drückt Paste aus den Strukturöffnungen auf den Wafer. Die Viskosität der Paste hält sie im Bereich haften, und das Rakel hält linearen Kontakt mit Sieb und Substrat, wobei sich die Kontaktlinie mit dem Rakel bewegt, um den Druckhub abzuschließen.

Die Paste muss eine ausgezeichnete Bedruckbarkeit für die Massenproduktion bieten, einen guten ohmschen Kontakt mit dem Emitter für niedrigen Kontaktwiderstand und höheren FF, minimale Schädigung des Emitters, um den metallisierungsinduzierten Voc-Verlust zu begrenzen, und den niedrigstmöglichen spezifischen Widerstand, um Stromverluste zu reduzieren. Die Prozessschritte sind: Trocknen, um organische Bestandteile in der Paste zu verdampfen; Vorsintern, um das Glasfritte zu schmelzen, Silberpartikel aufzulösen und die Passivierungsschicht zu öffnen; Sintern, um mehr Metall im Glas aufzulösen und es zu verbinden; und Abkühlen, sodass das im Glas gelöste Metall auf der Oberfläche ausfällt und einen ohmschen Kontakt zwischen Metall und Halbleiter bildet.

Fazit

Der TOPCon-Herstellungsprozess ist eine präzise Abfolge von Schritten wie Texturierung, Dotierung, Passivierung, Abscheidung, Temperung und Metallisierung, die jeweils darauf ausgelegt sind, die Trägerselektivität zu maximieren und die Rekombination zu minimieren, um eine höhere Umwandlungseffizienz zu erzielen.

Die Ansicht von ooitech: ooitech glaubt, dass die hohe Effizienz von TOPCon aus der Synergie von Tunneloxid- und passivierter Kontakttechnologie resultiert, wobei jeder Reinigungs-, Abscheidungs- und Temperungsschritt zusammenwirkt, um die Grenzen der Trägerselektivität und Oberflächenpassivierung zu erweitern.

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