TOPCon-Solarzellen-Herstellungsprozess: Eine vollständige Schritt-für-Schritt-Anleitung

Einführung

Monokristalline N-Typ TOPCon-Solarzellen sind zu einer der vielversprechendsten Hocheffizienztechnologien in der Photovoltaikindustrie geworden. 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 Prüfung 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.

Das Nassätzen ist heute das vorherrschende 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, sodass Träger rekombinieren, bevor sie als externer Strom ausgegeben werden können. Oberflächenoxidschichten 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 nutzt die anisotrope Ätzeigenschaft von kristallinem Silizium, bei der niedrigkonzentrierte Alkalien und Additive verschiedene Kristallorientierungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ätzen. Die Ätzrate auf den (110)- und (100)-Ebenen ist weitaus höher als auf der (111)-Ebene. Nach einer bestimmten Ätzzeit verbleiben auf der Oberfläche des monokristallinen Wafers vier aus (111)-Ebenen bestehende "Pyramiden"-Strukturen.

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

• (100)-Ebene: relativ lockere atomare Anordnung mit mehr freiliegenden chemischen Bindungen, daher die höchste Ätzrate.

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

• (111)-Ebene: dichteste atomare Anordnung, chemische Bindungen schwer angreifbar, daher die niedrigste Ätzrate.

Rolle der Texturierungsadditive

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 einer großen Anzahl 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 Stoffen, Metallverunreinigungen und Sägeschäden; alkalische Texturierung mit etwa 0,6% NaOH und 0,4% Additiv bei 82°C für 420 Sekunden zur Bildung der Pyramidentextur; Nachreinigung zur Entfernung von Restorganik; Säurereinigung mit verdünnter Säure (3,15% HCl + 7,1% HF) zur Neutralisation von Restalkali und Entfernung der Oxidschicht; langsames Herausziehen zur Vorentwässerung, um den Wasserfilm durch Oberflächenspannung zu entfernen; und schließlich Trocknung mit 90°C Heißluft.

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 auszugeben. P-Typ-Wafer mit hoher Löcherkonzentration verwenden Phosphordotierung zur Sperrschichtbildung; N-Typ-Wafer mit hoher Elektronenkonzentration verwenden Bordotierung.

Verfahrensprinzip

Bortrichlorid (BCl3) strömt bei 800-900°C durch ein Quarzrohr und reagiert mit Sauerstoff zu B2O3, das mit Stickstoff als Trägergas auf der Waferoberfläche abgeschieden wird und mit Si reagiert, um Boratome zu erzeugen, wodurch eine Borsilikatglas (BSG)-Schicht 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 riechend, 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 gegenüber Quarzbauteilen.

Bordiffusion ist schwieriger als Phosphordiffusion, daher stellt der TOPCon-Weg 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 erfolgt auf zwei Arten. 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 Umlagerungsdiffusion treibt 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: Evakuieren, um einen niedrigen Druck zu erreichen; Aufheizen auf die Diffusionstemperatur (800-900°C); Halten der Temperatur bei weiterer Druckreduzierung; Lecksuche bei 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 Einleiten der Borquelle für aktive Prädeposition und passive Eintreibung; weiteres Erhitzen 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 Rohröffnungstemperatur; 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 -kanten eine dicke BSG-Schicht (40-100 nm Oxid). Diese Borosilikatglasschicht beeinträchtigt nachfolgende Prozesse und kann zu PN-Übergangsleckströmen führen, daher ist nach der Dotierung ein chemisches Ätzen und Reinigen erforderlich. Vor dem alkalischen Ätzen entfernt ein Inline-einseitiger HF-Prozess das BSG auf der Rückseite und den Kanten, während das vorderseitige BSG als Maske beim alkalischen Ätzen erhalten bleibt, um die Vorderseitenstruktur zu schützen.

Der Wafer durchläuft zunächst die Inline-HF-Reinigungsanlage, wo etwa 60% HF das rückseitige BSG in Lösung auflöst, während ein Wasserfilm das vorderseitige BSG 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 vorderseitigen BSG; HF-Ätzen des rückseitigen und kantenseitigen BSG; ein Wasserstrahlschritt zur Erneuerung des möglicherweise kontaminierten Wasserfilms; Waschen mit Wasser zur Entfernung von HF-Rückständen; Säurereinigung zur Entfernung restlicher Verunreinigungsionen; und Trocknen des vorderseitigen Wasserfilms.

Alkalisches Ätzen

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

Es gibt zwei Hauptansätze. Die sekundäre Texturierung ähnelt im Prinzip der ersten Texturierung, jedoch muss das Additiv die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen BSG und Alkali verringern. Das alkalische Polieren verwendet hochkonzentriertes Alkali und Additive, um die Alkali-Silizium-Reaktion zu beschleunigen, die anisotrope Ätzcharakteristik abzuschwächen und eine hochreflektierende polierte Morphologie zu erzeugen. Das Additiv für das alkalische Ätzen schützt das vorderseitige BSG, senkt dessen Reaktionsgeschwindigkeit mit Alkali, um Überätzen zu verhindern, erhält das BSG als Maske für spätere Schritte, senkt die Oberflächenspannung zur Freisetzung von Wasserstoffblasen, verbessert die Benetzung und erhöht die Keimbildungsdichte.

4. Abscheidung und Beschichtung

In dieser Phase werden das Tunneloxid (TOX), die Poly-Si-Schicht und die 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 ein Materialausgangsstoff in Atome, Moleküle oder Ionen verdampft und unter niedrigem Druck auf dem Substrat abgeschieden; bei der CVD erfolgt die Abscheidung durch chemische Reaktionen auf dem Substrat; und bei der ALD wird das Material schichtweise als einzelne Atomlagen abgeschieden.

Tunneloxidschicht (TOX)

Die Tunneloxidschicht basiert auf dem Quantentunneleffekt und verwendet ein ultradünnes Oxid (typischerweise 1-2 nm) als Barriere. Zwischen dem n-Typ-Siliziumsubstrat und der dotierten Poly-Si-Schicht ermöglicht sie einen ladungsträgerselektiven Transport: Elektronen (Majoritätsträger) tunneln durch das Oxid in die Poly-Si-Schicht, während Löcher (Minoritätsträger) eine höhere Barrierenhöhe (ca. 4,5-4,8 eV) aufweisen und blockiert werden. Sie erzeugt auch Bandverbiegung und Feld-Effekt-Passivierung, 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 Filmdichte liefert 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, mit Vorteilen wie einfacher Steuerung und hoher Filmqualität, neigt jedoch dazu, an der Vorderkante eine umlaufende dotierte Poly-Si-Schicht zu bilden, die gereinigt 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 Hochtemperaturglühens 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 ladungsträgerselektiven Transport ermöglicht und einen guten ohmschen Kontakt mit dem Substrat bildet.

Die Poly-Si-Herstellung umfasst sowohl Abscheidung als auch Dotierung. Die Abscheidung erfolgt hauptsächlich mittels LPCVD oder PECVD mit einer Dicke von etwa 100-150 nm; der amorphe Film ändert während des Temperns seine Kristallinität und wandelt sich von einer mikrokristallin-amorphen Mischphase in polykristallin um und aktiviert die Passivierung. Für die Dotierung wird bei LPCVD üblicherweise zuerst eine intrinsische Poly-Si-Schicht abgeschieden und dann die Phosphordotierung über einen Diffusionsofen oder Ionenimplantation (ex-situ-Dotierung) durchgeführt, da eine Dotierung während der langsamen LPCVD-Abscheidung diese noch weiter verlangsamen würde. PECVD hat eine höhere Schichteffizienz und kann die Phosphordotierung während der Beschichtung (in-situ-Dotierung) abschließen. LPCVD, die vorherrschende Technologie für Poly-Si, funktioniert durch thermische Zersetzung von Silan (SiH4) in Siliziumatome, die sich zu einem Film abscheiden. Beachten Sie, dass dickeres Poly-Si zu stärkeren FCA-Verlusten (parasitär) und größeren Kurzschlussstromverlusten führt, und eine höhere Phosphordotierung erhöht die FCA-Absorption und Stromverluste.

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, hauptsächlich um zu verhindern, dass nachfolgende Nassprozesse die Poly-Si-Schicht ätzen. Um sicherzustellen, dass die Rückseitenstruktur in der nassen Tankausrüstung nicht beschädigt wird, wird nach dem Poly-Prozess eine SiOx-Maske (ca. 10 nm) auf der Rückseite unter Verwendung von Silan und Distickstoffmonoxid aufgewachsen (Hinweis: Silan und Sauerstoff bergen in Nicht-Vakuum-Umgebungen Explosionsrisiko).

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 Poly-Film abzuscheiden); Oxidmaskenbildung durch PECVD SiOx; und N2/Ar-Spülen, um SiH4 und N2O aus dem Rohr zu drücken und eine Verbrennung beim Öffnen der Ofentür zu verhindern.

5. Tempern

Der Zweck des Temperns besteht darin, das durch PECVD abgeschiedene amorphe Silizium in polykristallines Silizium umzuwandeln, Phosphoratome zu aktivieren und die Sperrschichttiefe zu erhöhen sowie Pinholes zu bilden. Der Prozess führt BN2 (Bornitrid) ein und erhitzt langsam auf 890-920°C, wobei das BN2 bei hoher Temperatur eingetrieben wird, um die Phosphoratome im Poly-Film zu aktivieren und eine effektive Dotierung zu bilden.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen Tempern und TOX: Bei unveränderter Tunneloxidschicht führt eine höhere Temperatur zu mehr Pinholes und Eindiffusion, senkt den Kontaktwiderstand und verbessert den Füllfaktor, während die Passivierungsanforderungen weiterhin erfüllt werden; bei gleicher Temperatur 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 Vorderseite des Wafers eine lokale n+-Poly-Schicht, die von einem dünnen Maskenfilm (SiOx) bedeckt ist. Einseitiges HF entfernt das SiOx, dann entfernt ein alkalisches Bad das vorderseitige n+-Poly-Si. Der Wafer durchläuft nacheinander den Ätzbehälter, den alkalischen Behälter und den Reinigungsbehälter für chemische Reaktionen, bevor er getrocknet wird.

Der Zweck von RCA besteht darin, umlaufende Abscheidungen zu entfernen und Kantenätzen durchzuführen, um Kantenleckströme zu verhindern, sowie den Wafer zu reinigen, indem vorder- und rückseitiges BSG und die Maske entfernt und der Wafer dehydriert wird, um ihn auf die vorder- und rückseitigen Passivierungsschichten vorzubereiten. Da Poly polykristallines Silizium ist, wird zur Entfernung der umlaufenden Abscheidung alkalisches Polieren mit hochkonzentrierter Lauge und Additiven verwendet.

Die RCA-Additive reinigen anorganische Substanzen und Restprodukte, verbessern die Benetzung der Oberfläche, wirken als Reaktionskatalysatoren, um die Bindung von OH- an Silizium zu beschleunigen und das umlaufende und Kantenätzen zu beschleunigen, und reduzieren die Alkali-Ätzrate von Siliziumdioxid, um das vorderseitige BSG und die rückseitige Maske vor Überätzung zu schützen.

Die Prozessschritte sind: Inline-HF zur Entfernung des nach N2-Tempern auf der Vorderseite und den Kanten gebildeten PSG, während das rückseitige PSG zum Schutz des rückseitigen Poly erhalten bleibt; alkalisches Polieren mit NaOH und Additiv zur Entfernung von überschüssigem vorder- und kantenseitigem Poly; alkalische Wäsche zur Entfernung von restlichen Additiven und Verunreinigungen; Säurereinigung zur Neutralisation von restlichem Alkali und Entfernung von Metallionen; langsames Herausziehen mit entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur mittels Roboter, um Wasserflecken zu vermeiden; und Trocknung bei 90°C, um Restflüssigkeit auf Wafern und Trägern zu verhindern.

7. ALD (Atomic Layer Deposition)

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; bei Kontakt mit Precursor B 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 die gewünschte Schicht aufzubauen.

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

Die Prozessschritte sind: Vorabscheidung (nur Gas, kein RF, gleichmäßiges Füllen des Rohrs und Druckstabilisierung, 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 Spülung mit Inertgas, Wiederholung für 40 Zyklen); und Ar-Spülung, um TMA und O2 aus dem Rohr zu drücken und eine TMA-Verbrennung beim Öffnen der Ofentür zu verhindern.

8. Vorder- und Rückseiten-Siliziumnitrid (SiNx)

Die SiNx-Beschichtung dient mehreren Zwecken. Sie schützt die Zelloberfläche, da Siliziumnitrid eine sehr hohe Festigkeit bis 1200°C aufweist, eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegen fast alle anorganischen Säuren und NaOH unter 30% besitzt und ein Hochleistungs-Isolator ist. Sie bietet Antireflexion mit einem optimalen einschichtigen Brechungsindex von 1,96 in Luft; ein erhöhter Siliziumgehalt verstärkt die Oberflächenpassivierung, und die Literatur berichtet von einer Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit unter 20 cm/s bei einem Brechungsindex von 2,3, mit der besten Volumenpassivierung zwischen 2,1 und 2,3. Sie verhindert auch Oxidation durch ihre dichte Struktur. Die TOPCon-Vorderseitenemitter-Passivierung verwendet hauptsächlich Aluminiumoxid plus SiNx:H-Schicht, während die Rückseitenpassivierung hauptsächlich poly-Si verwendet.

Der SiNx-Passivierungsmechanismus wirkt auf zwei Arten. Chemische Passivierung reduziert die Grenzflächendefektdichte durch Verringerung von freien Bindungen, entweder durch Aufwachsen einer Oberflächenschicht, die den Atomen genügend Zeit und Energie gibt, um freie Bindungen zu sättigen, oder durch Abscheiden eines wasserstoffreichen dielektrischen Films und Freisetzen von Wasserstoff während des Sinterns, sodass er sich mit freien Bindungen verbindet. Feld-Effekt-Passivierung reduziert die Anzahl der Minoritätsträger, die die Oberfläche erreichen, indem ein elektrisches Feld nahe der Oberfläche erzeugt wird, das Träger gleicher Polarität abstößt. Dies wird erreicht durch Verringerung der hohen Oberflächendotierungskonzentration oder Hinzufügen einer dielektrischen Schicht mit hoher fester Ladung.

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 Lichteinfall 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, Paste, Sieb, Substrat (Wafer) und Druckplattform. Geeignete Pastendruckeigenschaften (Viskosität, Scherverdünnungsfähigkeit) sind die Voraussetzung für großflächigen Massendruck, und die Siebmaschenzahl, Drahtdurchmesser und die entworfene Linienbreite bestimmen weitgehend die gedruckte Morphologie. Im Betrieb gelangt Paste durch die strukturierten Maschenöffnungen, und ein Rakel übt Druck aus, während es sich über das Sieb bewegt und die Paste aus den Musteröffnungen auf den Wafer drückt. Die Viskosität der Paste hält sie im Bereich haften, und das Rakel behält einen linearen Kontakt mit Sieb und Substrat bei, wobei sich die Kontaktlinie mit dem Rakel bewegt, um den Druckhub abzuschließen.

Die Paste muss eine hervorragende Druckbarkeit für die Massenproduktion bieten, einen guten ohmschen Kontakt mit dem Emitter für niedrigen Kontaktwiderstand und höheren FF, minimale Schädigung des Emitters zur Begrenzung des metallisierungsinduzierten Voc-Verlusts und den niedrigstmöglichen spezifischen Widerstand zur Reduzierung von Stromverlusten. Die Prozessschritte sind: Trocknen zur Verdampfung der organischen Bestandteile in der Paste; Vorsintern zum Schmelzen der Glasfritte, Auflösen der Silberpartikel und Öffnen der Passivierungsschicht; Sintern zum weiteren Auflösen von Metall in das Glas und dessen Verbindung; 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 Texturierungs-, Dotierungs-, Passivierungs-, Abscheidungs-, Temperungs- und Metallisierungsschritten, die jeweils darauf ausgelegt sind, die Trägerselektivität zu maximieren und die Rekombination zu minimieren, um eine höhere Umwandlungseffizienz zu erzielen.

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

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