Technologia ogniw słonecznych TBC (TOPCon Back Contact): Pełny przewodnik procesu

Przegląd technologii

Poniższa treść jest udostępniana wyłącznie w celach informacyjnych. W przypadku naruszenia praw autorskich lub błędnych wskazówek prosimy o kontakt z autorem w celu usunięcia lub korekty.

Co to jest ogniwo TBC?

TBC oznacza TOPCon Back Contact. Łączy pasywację TOPCon (tlenek tunelowy plus polikrzem) z strukturą IBC z przeplatanymi tylnymi kontaktami, dlatego nazywa się je również ogniwem POLO-IBC.

Głęboko integruje pasywację TOPCon (tlenek tunelowy / polikrzem) z układem tylnych kontaktów IBC. Daje to silną pasywację tylną TOPCon oraz zaletę IBC w postaci braku zacienienia przednich linii metalizacji, przy przeniesieniu całego kolektorowania prądu na tył. Rezultatem jest wyższe napięcie obwodu otwartego i wyższy prąd zwarcia. Jest to jeden z głównych kierunków wysokowydajnych ogniw typu N dla następnej generacji.

Kluczowe zalety

• Brak przednich linii metalizacji, co eliminuje straty zacienienia i zwiększa Isc

• Pasywacja tunelowa TOPCon zmniejsza rekombinację na tylnej stronie i podnosi Voc

• Przeplatany układ kontaktów P/N na tylnej stronie optymalizuje ścieżkę kolektorowania nośników i zmniejsza rezystancję szeregową

• W porównaniu ze standardowym TOPCon i standardowym IBC, równoważy jakość pasywacji i integrację strukturalną

• Kompatybilny z większością kluczowych urządzeń na istniejących liniach typu N, co umożliwia stopniową modernizację procesu

Porównanie z konwencjonalnymi ogniwami

• Standardowy TOPCon: zacienienie przednich linii metalizacji, pełnoobszarowa pasywacja TOPCon na tylnej stronie

• Standard IBC: struktura tylnych styków, ale pasywacja opiera się na tlenku krzemu / azotku krzemu, brak tunelowej pasywacji polikrzemowej

• TBC (POLO-IBC): struktura tylnych styków IBC plus zintegrowana tunelowa pasywacja TOPCon, więc zarówno struktura, jak i pasywacja są zoptymalizowane

Pełny przegląd procesu

Wejście płytki → czyszczenie wstępne / usuwanie uszkodzeń po cięciu → osadzanie tlenku tunelowego + polikrzemu na tylnej stronie (LPCVD) → osadzanie maski SiN na tylnej stronie → pierwsze otwarcie lasera na tylnej stronie (obszar boru) → domieszkowanie borem (p-poly) → drugie otwarcie lasera na tylnej stronie (obszar fosforu) → domieszkowanie fosforem (n-poly) → czyszczenie w celu usunięcia dyfuzji owijającej / BSG / PSG → osadzanie warstwy pasywacyjnej na tylnej stronie → drukowanie maski woskowej w celu ochrony tylnej strony → teksturowanie przedniej strony + trawienie izolacji P/N → osadzanie przedniej i tylnej warstwy antyrefleksyjnej SiN → sitodruk tylnych elektrod metalowych → wypalanie → test elektryczny → sortowanie i pakowanie

Szczegółowe specyfikacje procesu

3.1 Czyszczenie i polerowanie (czyszczenie wstępne + usuwanie uszkodzeń po cięciu)

Cel: usunięcie warstwy uszkodzonej po cięciu, zanieczyszczeń metalicznych z powierzchni, cząstek i oleju; polerowanie płytki jednostronnie lub dwustronnie w celu uzyskania czystej, płaskiej bazy krzemowej i zapewnienia jednolitego późniejszego osadzania warstwy tunelowej.

Główne urządzenia: linia do mokrego czyszczenia i polerowania inline, wanna do polerowania alkalicznego, wanna do czyszczenia kwasem.

Kluczowe chemikalia: mocna zasada (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, dodatek do teksturowania, surfaktant.

Kluczowe elementy monitorowania:

• Ubytek masy po polerowaniu: waga elektroniczna

• Reflektancja powierzchni: miernik reflektancji

• Czas życia nośników mniejszościowych iVoc: miernik czasu życia przejściowego WCT-120

• Obrazowanie rekombinacji nośników: tester PL (R3-PL)

• Chropowatość i czystość powierzchni: mikroskop optyczny

Kontrola jakości: uszkodzenia po cięciu całkowicie usunięte, brak plam lub stopni na powierzchni, równomierny ubytek masy, brak wyraźnego spadku czasu życia.

3.2 Osadzanie tlenku tunelowego + polikrzemu

Cel: wyhodowanie ultracienkiego tlenku tunelowego (SiO₂), a następnie warstwy polikrzemu na tylnej stronie płytki, tworząc rdzeń struktury pasywacyjnej TOPCon dla silnej pasywacji polowej i chemicznej oraz niskiej rekombinacji na tylnej stronie.

Główne urządzenia: rurowy LPCVD.

Źródła gazów: SiH₄, O₂, N₂ (nośnik / przedmuch).

Kluczowe elementy:

• Grubość poli-Si: miernik grubości poli, elipsometr

• Grubość tlenku tunelowego: ECV, elipsometr

• iVoc (WCT-120)

• Jednorodność PL

• Oporność warstwy (monitorowanie wewnętrznego poli przed domieszkowaniem)

Kontrola jakości: tlenek ultracienki i jednolity, poli-Si gęsty i bez dziur, dobra zgodność grubości na całej płytce.

3.3 Osadzanie maski SiN na tyle

Cel: osadzenie gęstej warstwy azotku krzemu (SiNₓ) na wewnętrznym poli-Si jako maski blokującej dla późniejszych etapów otwierania laserem i domieszkowania, umożliwiając selektywne strefy domieszkowania.

Główne urządzenie: PECVD.

Źródła gazów: SiH₄, NH₃, N₂.

Kluczowe parametry: grubość SiN (spektroskopowy elipsometr), współczynnik załamania i jednorodność, iVoc, jednorodność PL.

Kontrola jakości: gęsta maska, brak dziur, jednolita grubość gwarantująca izolację domieszkowania.

3.4 Pierwsze otwieranie laserem na tyle (okno dyfuzji boru)

Cel: selektywne usunięcie maski SiN nad obszarem dyfuzji boru przez lokalną ablację laserową, pozostawiając nienaruszony wewnętrzny poli-Si, otwierając okno dla późniejszego poli typu p.

Główne urządzenie: system otwierania laserem światłowodowym / nanosekundowym lub pikosekundowym, precyzyjne narzędzie do wzorowania laserowego.

Dostrajanie procesu: regulacja mocy lasera, częstotliwości powtarzania, prędkości skanowania i nakładania plamki tak, aby usunięta została tylko górna maska SiN, a wewnętrzny poli-Si poniżej nie został uszkodzony, zachowując nienaruszoną bazę pasywacyjną.

Kluczowa charakterystyka: kontrola mikroskopem optycznym kształtu rowka, integralności krawędzi i czy warstwa poli nie jest spalona.

3.5 Domieszkowanie borem na tyle (p-poli)

Cel: dyfuzja boru do wewnętrznego poli-Si w otwartym obszarze w celu przekształcenia go w silnie domieszkowany poli typu p (p-poli), przy jednoczesnym utworzeniu BSG na powierzchni. BSG później działa jako naturalna maska blokująca dla dyfuzji fosforu.

Główne urządzenie: rurowy piec do dyfuzji boru.

Media procesowe: źródło ciekłe BBr₃; atmosfera O₂, N₂.

Kluczowa charakterystyka: oporność warstwy w strefie p, jednorodność domieszkowania, integralność pokrycia BSG, jednorodność domieszkowania PL.

Kontrola jakości: wystarczające domieszkowanie borem, jednolita oporność warstwy, ciągłe i kompletne BSG bez lokalnych przerw.

3.6 Otwarcie tylnego lasera (okno dyfuzji fosforu)

Cel: usunięcie pozostałej maski SiN w celu odsłonięcia niedomieszkowanego polikrzemu intrinsic jako strefy domieszkowania fosforem typu n, przy jednoczesnym zachowaniu już utworzonej warstwy BSG nienaruszonej przez laser.

Główne urządzenie: system laserowego wzorowania/otwierania.

Koncentracja procesu: precyzyjna kontrola energii lasera, aby uniknąć przebicia warstwy BSG, zachowując czystą granicę izolacji między strefami P i N.

3.7 Domieszkowanie fosforem tyłu (n-poly)

Cel: dyfuzja fosforu do polikrzemu intrinsic w drugim oknie w celu utworzenia silnie domieszkowanego polikrzemu typu n (n-poly). BSG utworzony w poprzednim kroku działa jako samonastawna maska, blokując dyfuzję fosforu do obszaru p-poly i zapewniając samoizolację stref P/N.

Główne urządzenie: rurowy piec do dyfuzji fosforu.

Media procesowe: źródło ciekłe POCl₃; atmosfera O₂, N₂.

Kluczowa zasada: pozostały BSG działa jako naturalna bariera dyfuzyjna i zapobiega zanieczyszczeniu fosforem obszaru p-poly. Po dyfuzji fosforu BSG częściowo przekształca się w mieszany tlenek borowo-fosforowy, co dodatkowo wzmacnia izolację.

Kluczowa charakterystyka: rezystancja warstwy strefy n, izolacja granicy P/N, monitorowanie trendu prądu upływu.

3.8 Czyszczenie w celu usunięcia dyfuzji obwodowej (usunięcie BSG/PSG)

Cel: chemiczne usunięcie wszystkich BSG, PSG i pozostałości powierzchniowych oraz usunięcie obwodowych i bocznych warstw domieszkowania, aby uniknąć upływu krawędziowego.

Główne urządzenie: linia czyszczenia na mokro inline.

Kluczowe chemikalia: głównie HF, plus dodatki kwasowe i buforowany system kwasowy.

Pomoce procesowe: przedmuch czystym suchym powietrzem, suszenie gorącym powietrzem.

Kontrola jakości: całkowite usunięcie szkła tlenkowego, czysta powierzchnia bez pozostałości, brak pozostałości obwodowych na krawędziach.

3.9 Osadzanie tylnej warstwy pasywacyjnej SiN

Cel: osadzenie pasywacyjnej warstwy ochronnej SiN na tylnej strukturze międzycyfrowego polikrzemu P/N w celu pasywacji i ochrony tylnego obszaru kontaktowego oraz blokowania ataku chemicznego w późniejszych krokach.

Główne urządzenie: PECVD.

Źródła gazów: SiH₄, NH₃, N₂.

Charakterystyka: grubość SiN, współczynnik załamania, jednorodność warstwy.

3.10 Nakładanie tylnej maski woskowej (maska ochronna)

Cel: całkowite pokrycie tyłu ochronną warstwą wosku metodą sitodruku, aby zabezpieczyć uformowaną strukturę styku tylnego P/N oraz warstwę SiN, zapobiegając atakowi późniejszego trawienia przedniego na tylne warstwy funkcjonalne.

Główne wyposażenie: drukarka sitowa (stacja nanoszenia wosku).

Punkty kontrolne: pełne nadrukowanie wosku, brak pominięć, brak dziurek, dobre uszczelnienie krawędzi, aby tył był chroniony przez cały proces.

3.11 Trawienie chemiczne przodu + usuwanie wosku i czyszczenie

Cel:

1. Usunięcie nadmiaru domieszek i warstw uszkodzonych z przodu płytki

2. Teksturowanie przodu w celu utworzenia powierzchni piramidowej i zmniejszenia odbicia przedniego

3. Osiągnięcie izolacji krawędziowej między tylnymi strefami P i N poprzez trawienie boczne w celu zmniejszenia prądów upływu na krawędziach

4. Na koniec usunięcie tylnej maski woskowej w celu odsłonięcia pełnej struktury styku tylnego

Główne wyposażenie: dwustronna linia do mokrego trawienia i teksturowania.

Kluczowe chemikalia: mocna zasada (NaOH), HF, dodatek teksturujący, buforowany trawiący.

Źródła gazów: czyste sprężone powietrze, przedmuch N₂.

Kontrola jakości: jednolite teksturowanie przodu, prawidłowa morfologia piramid, właściwa izolacja P/N, brak ścieżek upływu, czyste usunięcie wosku bez pozostałości.

3.12 Przednia i tylna warstwa antyrefleksyjna i pasywacyjna SiN

Cel: osadzenie przedniej warstwy antyrefleksyjnej i pasywacyjnej SiN w celu zmniejszenia odbicia i pasywacji powierzchni; dodanie i optymalizacja tylnej warstwy pasywacyjnej w celu dalszej poprawy pasywacji i niezawodności.

Główne urządzenie: PECVD.

Źródła gazów: SiH₄, NH₃, N₂.

Charakterystyka: grubość przedniej i tylnej warstwy, współczynnik załamania, czas życia nośników mniejszościowych, współczynnik odbicia.

3.13 Sitodruk i wypalanie elektrod tylnych

Cel: nadrukowanie elektrod srebrno-aluminiowych na tylnej strefie P oraz elektrod srebrnych na strefie n-typu polikrzemu, tworząc palcowe elektrody dodatnie i ujemne styku tylnego, a następnie użycie wypalania w wysokiej temperaturze do utworzenia kontaktu omowego między metalem a domieszkowanym polikrzemem.

Główne wyposażenie: dedykowana drukarka sitowa do styku tylnego, piec do wypalania inline.

Kluczowe etapy: drukowanie z wyrównaniem wzoru elektrod tylnych → suszenie → wypalanie w wysokiej temperaturze (tworzenie kontaktu omowego).

3.14 Kontrola końcowa i sortowanie

Proces: inspekcja EL (defekty, mikropęknięcia, upływność), test elektryczny IV (Voc, Isc, FF, Eff), inspekcja wizualna, sortowanie i klasyfikacja, pakowanie i magazynowanie.

Sprzęt kontrolny: tester EL, tester IV, stanowisko inspekcji wizualnej.

Kluczowe wyzwania i na czym się skupić

Jakie są trudne elementy technologii TBC i na co zwrócić uwagę?

• Kontrola jednorodności grubości ultracienkiego tlenku tunelowego jest trudna

• Dwa etapy otwierania laserem wymagają bardzo wysokiej precyzji wyrównania

• Utrzymanie nienaruszonej samonastawniej maski BSG jest kluczowe dla procesu

• Izolacyjne trawienie między palcami P/N jest podatne na upływność krawędziową

• Drukowanie elektrod tylnego kontaktu wymaga wyższej precyzji wyrównania niż w konwencjonalnych ogniwach

• Zarządzanie spadkiem czasu życia nośników mniejszościowych w całym procesie jest trudne

Kluczowe parametry SPC do monitorowania

• Grubość tlenku tunelowego i grubość poli-Si

• Morfologia otworów laserowych i odchylenie wyrównania dla obu etapów

• Jednorodność rezystancji warstwy dla dyfuzji boru i fosforu

• iVoc i czas życia nośników mniejszościowych PL monitorowane w całym procesie

• Reflektancja przednia i morfologia teksturowania

• Mikropęknięcia EL, upływność i stan izolacji krawędzi

Opinia Ooitech

TBC żyje lub umiera dzięki szczegółom, a samonastawna maska BSG jest tutaj cichym bohaterem, ponieważ pozwala strefom fosforu i boru na samoorganizację bez trzeciego etapu maskowania. Na liniach modułów najbardziej obserwujemy, jak te ogniwa tylnego kontaktu o wysokim Voc zachowują się w dalszych etapach łączenia i laminacji, ponieważ ich metalizacja w całości na tylnej stronie zmienia zasady łączenia. Jeśli chcesz zobaczyć prawdziwe linie modułów N-typu w działaniu, nasz kanał YouTube www.youtube.com/ooitech zawiera materiały z fabryki warte obejrzenia.