Proces produkcji ogniw słonecznych TOPCon: krok po kroku

Krótka odpowiedź: Proces produkcji ogniw słonecznych TOPCon przekształca monokrystaliczny wafer krzemowy typu N w gotowe ogniwo o wysokiej wydajności poprzez długą sekwencję kontrolowanych etapów. Rozpoczyna się od teksturowania w celu utworzenia powierzchni pułapkującej światło, następnie dyfuzji boru w celu wytworzenia emitera i laserowego SE w celu silnego domieszkowania obszarów kontaktowych, a następnie wyżarzania i polerowania alkalicznego. Kolejne etapy są kluczowe: czyszczenie RCA, wzrost ultracienkiego tlenku tunelowego i osadzanie domieszkowanej warstwy polikrzemu metodą PE-poly lub LPCVD. Powłoka antyrefleksyjna, metalizacja metodą sitodruku i wypalanie kończą proces ogniwa. Okna procesowe są wąskie — dyfuzja boru przebiega w temperaturze około 900°C, osadzanie polikrzemu metodą LPCVD w temperaturze około 600°C, a szczyt wypalania zbliża się do 920°C — a każdy etap kontroluje część końcowej wydajności. Testowanie i sortowanie dzieli ogniwa według prądu, zanim opuszczą linię do łączenia w łańcuchy.

Produkcja modułów PV · autor: Jerry, Ooitech

Wprowadzenie

Monokrystaliczne ogniwa słoneczne typu N TOPCon stały się jedną z najbardziej obiecujących technologii wysokiej wydajności w przemyśle fotowoltaicznym. Ich produkcja obejmuje długi łańcuch starannie kontrolowanych etapów, w tym teksturowanie, dyfuzję boru, laser SE, wyżarzanie, polerowanie alkaliczne, PE-poly, wyżarzanie, czyszczenie RCA, powlekanie, metalizację oraz końcowe testowanie i sortowanie. W tym artykule omawiamy każdy główny etap procesu i wyjaśniamy, dlaczego ma on znaczenie.

1. Teksturyzacja (TEX)

Cel teksturyzacji

Celem teksturyzacji jest usunięcie warstwy uszkodzeń mechanicznych na powierzchni płytki i utworzenie powierzchni teksturowanej w kształcie piramid, która zwiększa absorpcję światła. Poprzez zmniejszenie współczynnika odbicia powierzchni poprawia się prąd zwarcia (Isc), co ostatecznie podnosi sprawność konwersji fotoelektrycznej ogniwa.

Trawienie na mokro jest obecnie głównym procesem teksturyzacji. Jony metali, warstwy uszkodzeń i inne zanieczyszczenia na powierzchni płytki działają jako centra rekombinacji. Ponieważ rozdzielone elektrony i dziury muszą przemieszczać się przez powierzchnię płytki i być na niej zbierane, te centra rekombinacji zmniejszają czas życia nośników mniejszościowych, powodując rekombinację nośników, zanim mogą zostać wyprowadzone jako prąd zewnętrzny. Warstwy tlenków powierzchniowych i zanieczyszczenia organiczne wpływają również na jakość osadzania i pasywacji warstw AlOx i SiNx, dlatego dokładne czyszczenie powierzchni jest kluczowe i bezpośrednio wpływa na wydajność ogniwa.

Zasada reakcji

Teksturyzacja opiera się na anizotropowych właściwościach trawienia krzemu krystalicznego, gdzie niskie stężenie alkaliów i dodatków trawi różne orientacje krystalograficzne w różnym tempie. Szybkość trawienia na płaszczyznach (110) i (100) jest znacznie większa niż na płaszczyźnie (111). Po pewnym czasie trawienia na powierzchni monokrystalicznej płytki pozostają cztery struktury „piramid” złożone z płaszczyzn (111).

Układ atomów różni się w zależności od płaszczyzny krystalograficznej, co prowadzi do różnych szybkości trawienia:

• Płaszczyzna (100): stosunkowo luźne rozmieszczenie atomów z większą liczbą odsłoniętych wiązań chemicznych, co daje najszybsze tempo trawienia.

• Płaszczyzna (110): gęstość atomowa pomiędzy (100) i (111), z szybszym, ale nieco niższym tempem trawienia niż (100).

• Płaszczyzna (111): najciaśniej upakowane rozmieszczenie atomów, z wiązaniami chemicznymi trudnymi do ataku, co daje najwolniejsze tempo trawienia.

Rola dodatków do teksturowania

Dodatki obniżają napięcie powierzchniowe krzemu, sprzyjają uwalnianiu pęcherzyków wodoru powstających podczas reakcji i sprawiają, że piramidy są bardziej jednorodne. Poprawiają zwilżanie między powierzchnią płytki a roztworem reakcyjnym, osłabiają siłę trawienia roztworu NaOH, zwiększają liczbę i gęstość zarodków krystalizacji oraz sprzyjają tworzeniu dużej liczby małych piramid. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości dodatku mają najbardziej bezpośredni wpływ na teksturowaną powierzchnię piramidalną.

Przebieg procesu

Sekwencja teksturowania zazwyczaj obejmuje: wstępne czyszczenie za pomocą NaOH i H2O2 (wspomagane czyszczeniem ultradźwiękowym w 60°C, a następnie płukaniem wodą dejonizowaną) w celu usunięcia substancji organicznych, zanieczyszczeń metalicznych i uszkodzeń po cięciu; teksturowanie alkaliczne z użyciem około 0,6% NaOH i 0,4% dodatku w 82°C przez 420 sekund w celu wytworzenia tekstury piramidalnej; czyszczenie końcowe w celu usunięcia pozostałości substancji organicznych; czyszczenie kwasowe z użyciem rozcieńczonego kwasu (3,15% HCl + 7,1% HF) w celu zneutralizowania resztek alkaliów i usunięcia warstwy tlenkowej; powolne wyciąganie i wstępne odwodnienie w celu usunięcia filmu wodnego przez napięcie powierzchniowe; oraz na końcu suszenie gorącym powietrzem o temperaturze 90°C.

2. Dyfuzja boru (B Diff)

Cel

W wysokiej temperaturze atomy boru dyfundują do powierzchni płytki typu N, tworząc złącze PN. Wbudowane pole złącza PN rozdziela nośniki fotogenerowane, aby wyprowadzić prąd na zewnątrz. Płytki typu P, o wysokim stężeniu dziur, wykorzystują domieszkowanie fosforem do tworzenia złącza; płytki typu N, o wysokim stężeniu elektronów, wykorzystują domieszkowanie borem.

Zasada procesu

Trichlorek boru (BCl3) przepływa przez rurę kwarcową w temperaturze 800-900°C i reaguje z tlenem, tworząc B2O3, który osadza się na powierzchni płytki wraz z gazem nośnym azotem i reaguje z Si, generując atomy boru, tworząc warstwę szkła borokrzemianowego (BSG). Atomy boru następnie dyfundują do płytki, tworząc złącze PN. BCl3 jest bezbarwną dymiącą cieczą lub gazem o gęstości 1,35 kg/m3, temperaturze topnienia -107,3°C i temperaturze wrzenia 12,5°C. Jest niepalny, drażniący i o ostrym zapachu, rozkłada się w wodzie, tworząc chlorowodór i kwas borowy z znacznym wydzielaniem ciepła. Produkt pośredni B2O3, o temperaturze topnienia 450°C i temperaturze wrzenia 1860°C, pozostaje ciekły przez cały proces i jest silnie korozyjny dla elementów kwarcowych.

Dyfuzja boru jest trudniejsza niż dyfuzja fosforu, dlatego ścieżka TOPCon stawia wyższe wymagania sprzętowi, w tym wyższą jednorodność, wyższe temperatury dyfuzji (zwykle powyżej 1000°C) i dłuższe czasy dyfuzji (tworzenie warstwy często zajmuje do 240 minut), co zwiększa koszt sprzętu i produkcji na etapie tworzenia złącza.

Przebieg procesu

Dyfuzja jest przeprowadzana na dwa sposoby. Dyfuzja wstępna (etap osadzania BSG) wykorzystuje niższą temperaturę i utrzymuje płytkę w nasyconej atmosferze zanieczyszczeń, dzięki czemu stężenie zanieczyszczeń na powierzchni pozostaje stałe; jest to znane jako dyfuzja ze stałego źródła powierzchniowego. Dyfuzja redystrybucyjna wprowadza bor z BSG do płytki w wyższej temperaturze w atmosferze bogatej w tlen bez zewnętrznych zanieczyszczeń; tutaj stężenie powierzchniowe zmienia się w czasie, co nazywa się dyfuzją z ograniczonym źródłem powierzchniowym, z rozkładem zanieczyszczeń Gaussa.

Typowe kroki procesu to: pompowanie próżniowe do osiągnięcia niskiego ciśnienia; nagrzewanie do temperatury dyfuzji (800-900°C); utrzymywanie temperatury przy dalszym obniżaniu ciśnienia; wykrywanie nieszczelności pod niskim ciśnieniem; wstępne utlenianie w celu utworzenia warstwy SiO2 o grubości 1nm, aby spowolnić następny etap dyfuzji i uczynić dyfuzję boru bardziej jednorodną; dyfuzja/osadzanie poprzez wprowadzenie źródła boru w celu aktywnego wstępnego osadzania i pasywnego wnikania; dalsze nagrzewanie powyżej 900°C w celu zwiększenia szybkości i głębokości dyfuzji; po utlenianiu w celu utworzenia warstwy SiO2 o grubości ponad 100nm w celu kontroli zawartości boru, pogłębienia złącza, utworzenia warstwy ochronnej i getterowania zanieczyszczeń podłoża; chłodzenie do bezpiecznej temperatury otwarcia rury; oraz rozprężanie próżni za pomocą N2 w celu przywrócenia ciśnienia atmosferycznego.

3. Usuwanie BSG i trawienie alkaliczne

Usuwanie BSG

Po dyfuzji boru tylna strona i krawędzie płytki zawierają grubą warstwę BSG (tlenek 40-100nm). Ta warstwa szkła borokrzemianowego niekorzystnie wpływa na kolejne procesy i może powodować upływ złącza PN, dlatego po domieszkowaniu wymagane jest trawienie chemiczne i czyszczenie. Przed trawieniem alkalicznym, liniowy proces jednostronnego HF usuwa BSG z tyłu i krawędzi, podczas gdy przednia warstwa BSG jest zachowana jako maska podczas trawienia alkalicznego w celu ochrony przedniej struktury.

Płytka najpierw wchodzi do liniowego urządzenia do czyszczenia HF, gdzie około 60% HF rozpuszcza tylną warstwę BSG w roztworze, podczas gdy film wodny chroni przednią warstwę BSG, a następnie następuje około 0,5 minuty płukania w czystej wodzie. Sekwencja obejmuje: nałożenie filmu wodnego wykorzystując hydrofilowość SiO2 do ochrony przedniej warstwy BSG; trawienie HF tylnej i krawędziowej warstwy BSG; etap pistoletu wodnego w celu odświeżenia potencjalnie zanieczyszczonego filmu wodnego; mycie wodą w celu usunięcia resztek HF; czyszczenie kwasem w celu usunięcia resztkowych jonów zanieczyszczeń; oraz suszenie przedniego filmu wodnego.

Trawienie alkaliczne

Celem trawienia alkalicznego jest usunięcie złącza PN z tyłu i krawędzi w celu zapobieżenia upływowi oraz wytworzenie jednolitej, czystej morfologii tylnej strony w przygotowaniu do pasywacji tylnej strony.

Istnieją dwa główne podejścia. Wtórne teksturowanie jest podobne w zasadzie do pierwszego teksturowania, ale dodatek musi zmniejszyć szybkość reakcji między BSG a alkalią. Polerowanie alkaliczne wykorzystuje wysokie stężenie alkaliów i dodatków do przyspieszenia reakcji alkali-krzem, osłabienia anizotropowej charakterystyki trawienia i utworzenia wysoce odblaskowej polerowanej morfologii. Dodatek do trawienia alkalicznego chroni przednią warstwę BSG, obniża jej szybkość reakcji z alkalią, aby zapobiec nadmiernemu trawieniu, utrzymuje BSG jako maskę dla późniejszych kroków, obniża napięcie powierzchniowe w celu uwolnienia pęcherzyków wodoru, poprawia zwilżalność i zwiększa gęstość zarodkowania.

4. Osadzanie i powlekanie

Na tym etapie osadzana jest warstwa tlenku tunelowego (TOX), warstwa Poly-Si i maska. Osadzanie odbywa się głównie w fazie parowej w próżni i można je podzielić na fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD), chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) i osadzanie warstw atomowych (ALD). PVD odparowuje źródło materiału do atomów, cząsteczek lub jonów i osadza je na podłożu pod niskim ciśnieniem; CVD generuje osady poprzez reakcje chemiczne na podłożu; a ALD osadza materiał warstwa po warstwie jako pojedyncze warstwy atomowe.

Warstwa tlenku tunelowego (TOX)

Warstwa tlenku tunelowego opiera się na efekcie tunelowania kwantowego, wykorzystując ultracienki tlenek (typowo 1-2nm) jako barierę. Pomiędzy podłożem z krzemu typu n a domieszkowaną warstwą poly-Si umożliwia selektywny transport nośników: elektrony (nośniki większościowe) tunelują przez tlenek do warstwy poly-Si, podczas gdy dziury (nośniki mniejszościowe) napotykają wyższą barierę (około 4,5-4,8eV) i są blokowane. Tworzy również zakrzywienie pasm i pasywację efektem polowym, gdzie różnica pracy wyjścia między domieszkowanym poly-Si a podłożem zakrzywia pasma energetyczne na granicy międzyfazowej i tworzy pole elektrostatyczne, które zwiększa liczbę nośników większościowych i odpycha nośniki mniejszościowe, dodatkowo redukując rekombinację na granicy międzyfazowej.

Tlenek można wytwarzać przez utlenianie termiczne (kompatybilne z LPCVD) lub przez PECVD, PEALD i utlenianie termiczne (kompatybilne z PECVD). Pod względem gęstości warstwy PEALD zapewnia najlepszą pasywację, ale przy wyższym koszcie sprzętu, podczas gdy utlenianie termiczne i PECVD oferują lepszą ekonomikę. ALD zazwyczaj daje około 0,7nm, utlenianie termiczne około 1,3nm, a mechanizm tunelowania jest ogólnie osiągany przy grubościach poniżej 1,6nm. LPCVD jest bardziej dojrzałe, z zaletami takimi jak prosta kontrola i wysoka jakość warstwy, ale ma tendencję do tworzenia owijającej się domieszkowanej warstwy poly-Si na przedniej krawędzi, którą trzeba usunąć, i ma wolną szybkość osadzania. Poly-Si z PECVD to nowsza technologia z szybszym osadzaniem, domieszkowaniem in-situ i mniejszym owijaniem, ale jej dojrzałość wciąż wymaga poprawy i może cierpieć z powodu pyłu, wysokiej zawartości wodoru i tworzenia się pęcherzy podczas wyżarzania w wysokiej temperaturze.

Warstwa Poly-Si

Krzem polikrystaliczny (Poly) składa się z niezliczonych drobnych ziaren krzemu, o rozmiarach ziaren zazwyczaj od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów, z granicami ziaren między nimi. Warstwa poly-Si jest zwykle domieszkowana fosforem, tworząc silnie domieszkowany poly-Si typu n, poprawiając przewodność, umożliwiając selektywny transport nośników i tworząc dobry kontakt omowy z podłożem.

Przygotowanie Poly-Si obejmuje zarówno osadzanie, jak i domieszkowanie. Osadzanie odbywa się głównie metodą LPCVD lub PECVD przy grubości około 100-150nm; warstwa amorficzna zmienia krystaliczność podczas wyżarzania, przekształcając się z mieszanej fazy mikrokrystaliczno-amorficznej w polikrystaliczną i aktywując pasywację. W przypadku domieszkowania LPCVD zwykle najpierw osadza warstwę intrinsycznego poly-Si, a następnie przeprowadza domieszkowanie fosforem za pomocą pieca dyfuzyjnego lub implantacji jonów (domieszkowanie ex-situ), ponieważ domieszkowanie podczas powolnego osadzania LPCVD jeszcze bardziej by je spowolniło. PECVD ma wyższą wydajność osadzania i może przeprowadzić domieszkowanie fosforem podczas nakładania (domieszkowanie in-situ). LPCVD, główna technologia dla poly-Si, polega na termicznym rozkładzie silanu (SiH4) na atomy krzemu, które osadzają się w postaci warstwy. Należy zauważyć, że grubszy poly-Si powoduje poważniejsze straty FCA (pasożytnicze) i większe straty prądu zwarcia, a wyższe domieszkowanie fosforem zwiększa absorpcję FCA i straty prądu.

Warstwa maskująca

Warstwa maskująca to zwykle warstwa SiO2 o grubości około 10nm, hodowana po osadzeniu poly-Si w celu ochrony struktury tylnej, głównie zapobiegająca trawieniu warstwy poly-Si przez kolejne procesy mokre. Aby zapewnić, że struktura tylna nie zostanie uszkodzona w wannowym sprzęcie mokrym, po procesie poly na powierzchni tylnej hoduje się maskę SiOx (około 10nm) przy użyciu silanu i podtlenku azotu (uwaga: silan i tlen stwarzają ryzyko wybuchu w środowisku niepróżniowym).

Etapy procesu są następujące: wstępne podgrzewanie próżniowe w celu doprowadzenia płytki do wymaganej temperatury; wstępne osadzanie intrinsycznego źródła krzemu (tylko gaz, bez RF, w celu równomiernego wypełnienia rury i stabilizacji ciśnienia); osadzanie intrinsycznego źródła krzemu (RF włączone, w celu osadzenia niedomieszkowanej warstwy, która blokuje i buforuje fosfor z domieszkowanego poly); wstępne osadzanie domieszkowanego źródła krzemu (tylko gaz); osadzanie domieszkowanego źródła krzemu (RF włączone, w celu osadzenia warstwy poly domieszkowanej fosforem); tworzenie maski tlenkowej przez PECVD SiOx; oraz przedmuchiwanie N2/Ar w celu usunięcia SiH4 i N2O z rury, aby zapobiec spalaniu przy otwieraniu drzwi pieca.

5. Wyżarzanie

Celem wyżarzania jest przekształcenie krzemu amorficznego hodowanego metodą PECVD w krzem polikrystaliczny, aktywacja atomów fosforu i pogłębienie złącza oraz utworzenie pinhole. Proces wprowadza BN2 (azotek boru) i powoli nagrzewa do 890-920°C, gdzie BN2 jest wbudowywany w wysokiej temperaturze, aby aktywować atomy fosforu w warstwie poly i utworzyć efektywne domieszkowanie.

Istnieje związek między wyżarzaniem a TOX: przy niezmienionym tlenku tunelowym podniesienie temperatury wyżarzania powoduje powstawanie większej liczby pinholes i dyfuzji w głąb, obniżając rezystywność kontaktu i poprawiając FF, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań pasywacji; przy tej samej temperaturze wyżarzania grubszy tlenek tunelowy powoduje powstawanie większej liczby pinholes i dyfuzji w głąb oraz wyższy prąd nasycenia.

6. Usuwanie PSG i czyszczenie RCA

Podczas osadzania PEALD warstwy n+-poly-Si na przedniej stronie płytki tworzy się lokalna warstwa n+-poly, pokryta cienką warstwą Mask (SiOx). Jednostronne HF usuwa SiOx, następnie kąpiel alkaliczna usuwa przednią warstwę n+-poly-Si. Płytka przechodzi kolejno przez zbiornik trawienia, zbiornik alkaliczny i zbiornik czyszczący w celu przeprowadzenia reakcji chemicznych przed suszeniem.

Celem RCA jest usunięcie osadzania wokół krawędzi i wykonanie trawienia krawędzi w celu zapobieżenia upływowi na krawędzi oraz oczyszczenie płytki poprzez usunięcie przedniego i tylnego BSG oraz maski i odwodnienie jej w przygotowaniu do przedniej i tylnej warstwy pasywacyjnej. Ponieważ poly to polikrzem, usuwanie osadzania wokół krawędzi wykorzystuje polerowanie alkaliczne z użyciem wysokostężonej alkali i dodatków.

Dodatki RCA czyszczą substancje nieorganiczne i produkty resztkowe w celu poprawy zwilżalności powierzchni, działają jako katalizatory reakcji przyspieszające wiązanie OH- z krzemem i przyspieszające trawienie osadzania wokół krawędzi i krawędzi oraz zmniejszają szybkość trawienia alkalicznego dwutlenku krzemu, aby chronić przedni BSG i tylną maskę przed nadmiernym trawieniem.

Etapy procesu są następujące: inline HF w celu usunięcia PSG utworzonego na przedniej stronie i krawędziach po wyżarzaniu w N2, przy zachowaniu tylnego PSG w celu ochrony tylnego poly; polerowanie alkaliczne z NaOH i dodatkiem w celu usunięcia nadmiaru przedniego i krawędziowego poly; mycie alkaliczne w celu usunięcia resztek dodatków i zanieczyszczeń; czyszczenie kwasem w celu zneutralizowania resztek alkali i usunięcia jonów metali; powolne wyciąganie przy użyciu wody dejonizowanej w temperaturze pokojowej za pomocą robota w celu zapobieżenia powstawaniu śladów wodnych; oraz suszenie w 90°C w celu zapobieżenia pozostawaniu cieczy na płytkach i nośnikach.

7. ALD (osadzanie warstw atomowych)

Osadzanie warstw atomowych pokrywa materiał pojedynczymi warstwami atomowymi na podłożu i charakteryzuje się samoorganiczającym się charakterem, który jest podstawą ALD. W odstępach czasowych lub przestrzennych podłoże jest naprzemiennie eksponowane na różne prekursory. Gdy podłoże znajduje się w atmosferze prekursora A, A jest chemicznie adsorbowany na powierzchni aż do nasycenia, a następnie zatrzymuje się; gdy jest eksponowane na prekursor B, B reaguje z już zaadsorbowanym A, produkując produkty uboczne, aż pierwszy prekursor zostanie całkowicie zużyty i reakcja zatrzyma się automatycznie, tworząc wymaganą warstwę atomową. ALD powtarza tę reakcję, aby zbudować pożądaną warstwę.

Na tyle wafla pasywacja AlOx zmniejsza szybkość rekombinacji na tylnej powierzchni. Tlenek glinu posiada stałe ładunki ujemne zlokalizowane dokładnie na granicy między tlenkiem glinu a tlenkiem krzemu na powierzchni wafla; ten wysokogęstościowy ładunek ujemny zapewnia skuteczną pasywację polową. Tlenek glinu zapewnia również doskonałą pasywację chemiczną, nasycając wiszące wiązania na powierzchni krzemu krystalicznego i zmniejszając gęstość stanów granicznych.

Etapy procesu to: przed osadzaniem (tylko gaz, bez RF, równomierne wypełnienie rury i stabilizacja ciśnienia, utrzymywane krótko, aby uniknąć marnotrawstwa gazu i zagrożeń bezpieczeństwa); osadzanie (RF włączone, z TMA tworzącym plazmę, która reaguje z powierzchnią, tworząc AlOx, następnie przedmuchiwanie gazem obojętnym, powtarzane przez 40 cykli); oraz przedmuchiwanie Ar, aby wypchnąć TMA i O2 z rury i zapobiec spalaniu TMA przy otwieraniu drzwi pieca.

8. Azotek krzemu (SiNx) z przodu i z tyłu

Powłoka SiNx służy kilku celom. Chroni powierzchnię ogniwa, ponieważ azotek krzemu ma bardzo wysoką wytrzymałość, która wytrzymuje do 1200°C, doskonałą odporność chemiczną na korozję wobec prawie wszystkich kwasów nieorganicznych i NaOH poniżej 30%, i jest wysokowydajnym izolatorem elektrycznym. Zapewnia antyrefleksję, z optymalnym współczynnikiem załamania dla pojedynczej warstwy wynoszącym 1,96 w powietrzu; zwiększenie zawartości krzemu wzmacnia pasywację powierzchni, a literatura podaje, że szybkość rekombinacji powierzchniowej spada poniżej 20cm/s przy współczynniku załamania 2,3, z najlepszą pasywacją objętościową między 2,1 a 2,3. Zapobiega również utlenianiu dzięki swojej gęstej strukturze. Pasywacja emitera przedniego TOPCon wykorzystuje głównie tlenek glinu plus film SiNx:H, podczas gdy pasywacja tylna wykorzystuje głównie poly-Si.

Mechanizm pasywacji SiNx działa na dwa sposoby. Pasywacja chemiczna zmniejsza gęstość defektów na granicy międzyfazowej poprzez redukcję zerwanych wiązań, albo przez wzrost warstwy powierzchniowej, która daje atomom wystarczająco czasu i energii do nasycenia zerwanych wiązań, albo przez osadzenie dielektrycznej warstwy bogatej w wodór i uwolnienie wodoru podczas spiekania, tak aby wiązał się z zerwanymi wiązaniami. Pasywacja polowa zmniejsza liczbę nośników mniejszościowych docierających do powierzchni poprzez wytworzenie pola elektrycznego w pobliżu powierzchni, które odpycha nośniki o tej samej polaryzacji, osiągane przez obniżenie wysokiego stężenia domieszkowania powierzchniowego lub dodanie warstwy dielektrycznej o wysokim ładunku stałym.

Etapy procesu SiNx to: pre-depozycja (tylko gaz, bez RF, wypełnienie rury i stabilizacja ciśnienia); depozycja 1-2-3 (RF włączone, wprowadzenie SiH4 i NH3 w celu utworzenia trzech warstw SiNx o stopniowo malejącym stosunku Si-N, ponieważ wyższy stosunek Si-N daje wyższy współczynnik załamania); depozycja 4 (RF włączone, SiH4, O2 i NH3 tworzące warstwę SiONx); depozycja 5 (RF włączone, SiH4 i O2 tworzące warstwę SiO2); oraz przedmuchiwanie linii i rury N2 w celu usunięcia gazu reaktywnego i zapobieżenia eksplozji SiH4 przy otwieraniu drzwi pieca.

9. Sitodruk (Metalizacja)

Po zakończeniu teksturowania, dyfuzji i powlekania, które tworzą złącze PN i pasywację, ogniwo może generować prąd pod wpływem światła. Aby wyprowadzić i zebrać ten prąd, na powierzchni ogniwa drukuje się elektrody przednią i tylną, zwykle poprzez sitodruk, suszenie i spiekanie.

System sitodruku składa się z pięciu elementów: rakla, farba (pasta), sito, podłoże (wafer) i platforma drukująca. Odpowiednie właściwości drukowe pasty (lepkość, zdolność do rozrzedzania ścinaniem) są warunkiem wstępnym druku wielkoseryjnego na dużą skalę, a liczba oczek sita, średnica drutu i zaprojektowana szerokość linii w dużej mierze determinują morfologię nadruku. W trakcie pracy pasta przechodzi przez otwory wzoru sita, a rakla wywiera nacisk, przesuwając się po sicie, wciskając pastę z otworów wzoru na wafer. Lepkość pasty utrzymuje jej przyleganie w odpowiednim zakresie, a rakla utrzymuje liniowy kontakt z sitem i podłożem, a linia kontaktu przesuwa się wraz z raklą, aby zakończyć skok druku.

Pasta musi oferować doskonałą drukowalność do produkcji masowej, dobry kontakt omowy z emiterem dla niskiej rezystywności kontaktu i wyższego FF, minimalne uszkodzenia emitera, aby ograniczyć stratę Voc wywołaną metalizacją, oraz możliwie najniższą rezystywność objętościową, aby zmniejszyć straty prądu. Etapy procesu to: suszenie w celu odparowania substancji organicznych z pasty; wstępne spiekanie w celu stopienia fryty szklanej, rozpuszczenia cząstek srebra i otwarcia warstwy pasywacyjnej; spiekanie w celu rozpuszczenia większej ilości metalu w szkle i związania go razem; oraz chłodzenie, aby metal rozpuszczony w szkle wytrącił się na powierzchni, tworząc kontakt omowy między metalem a półprzewodnikiem.

Wniosek

Proces produkcji TOPCon to precyzyjna sekwencja etapów teksturowania, domieszkowania, pasywacji, osadzania, wyżarzania i metalizacji, z których każdy został zaprojektowany tak, aby maksymalizować selektywność nośników i minimalizować rekombinację dla wyższej wydajności konwersji.

Opinia ooitech: ooitech uważa, że wysoka wydajność TOPCon wynika z synergii technologii tlenku tunelowego i kontaktu pasywowanego, gdzie każdy etap czyszczenia, osadzania i wyżarzania współdziała, aby przesuwać granice selektywności nośników i pasywacji powierzchni.

Powiązane lektury: Proces produkcyjny i technologia modułów fotowoltaicznych · Jak działa linia produkcyjna paneli słonecznych