مقدمه

سلول‌های خورشیدی TOPCon مونوکریستالین نوع N به یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های با راندمان بالا در صنعت فتوولتائیک تبدیل شده‌اند. تولید آن‌ها شامل زنجیره طولانی از مراحل کنترل‌شده با دقت است، از جمله بافت‌دهی، انتشار بور، لیزر SE، آنیلینگ، پولیش قلیایی، PE-poly، آنیلینگ، تمیزکاری RCA، پوشش‌دهی، متالیزاسیون و آزمایش و دسته‌بندی نهایی. در این مقاله، هر مرحله اصلی فرآیند را مرور می‌کنیم و اهمیت آن را توضیح می‌دهیم.

1. بافت‌دهی (TEX)

هدف از بافت‌دهی

هدف از بافت‌دهی حذف لایه آسیب مکانیکی روی سطح ویفر و ایجاد سطح بافت‌دار هرمی شکل است که جذب نور را افزایش می‌دهد. با کاهش بازتاب سطح، جریان اتصال کوتاه (Isc) بهبود می‌یابد که در نهایت راندمان تبدیل فوتوالکتریک سلول را افزایش می‌دهد.

حکاکی مرطوب فرآیند بافت‌دهی رایج امروزی است. یون‌های فلزی، لایه‌های آسیب و سایر آلودگی‌های روی سطح ویفر به عنوان مراکز بازترکیب عمل می‌کنند. از آنجایی که الکترون‌ها و حفره‌های جدا شده باید از سطح ویفر عبور کرده و در آن جمع‌آوری شوند، این مراکز بازترکیب طول عمر حامل‌های اقلیت را کاهش می‌دهند و باعث می‌شوند حامل‌ها قبل از اینکه به عنوان جریان خارجی خروجی داده شوند، بازترکیب شوند. لایه‌های اکسید سطحی و آلودگی آلی نیز بر کیفیت لایه‌نشانی و غیرفعال‌سازی لایه‌های AlOx و SiNx تأثیر می‌گذارند، بنابراین تمیزکاری کامل سطح حیاتی است و مستقیماً بر راندمان سلول تأثیر می‌گذارد.

اصل واکنش

بافت‌سازی بر اساس خاصیت اچ ناهمسانگرد سیلیکون کریستالی است، جایی که قلیایی با غلظت کم و افزودنی‌ها، جهات مختلف کریستالی را با سرعت‌های متفاوت اچ می‌کنند. سرعت اچ در صفحات (110) و (100) بسیار بیشتر از صفحه (111) است. پس از مدت زمان مشخصی از اچ، چهار ساختار "هرمی" متشکل از صفحات (111) روی سطح ویفر مونوکریستال باقی می‌ماند.

آرایش اتمی در صفحات کریستالی متفاوت است که منجر به سرعت‌های اچ متفاوت می‌شود:

• صفحه (100): آرایش اتمی نسبتاً شل با پیوندهای شیمیایی بیشتر در معرض، که سریع‌ترین سرعت اچ را دارد.

• صفحه (110): چگالی اتمی بین (100) و (111)، با سرعت اچ سریع‌تر اما کمی کمتر از (100).

• صفحه (111): فشرده‌ترین آرایش اتمی، با پیوندهای شیمیایی که به سختی مورد حمله قرار می‌گیرند، که کندترین سرعت اچ را دارد.

نقش افزودنی‌های بافت‌سازی

افزودنی‌ها کشش سطحی سیلیکون را کاهش می‌دهند، آزادسازی حباب‌های هیدروژن تشکیل شده در طی واکنش را تسهیل می‌کنند و هرم‌ها را یکنواخت‌تر می‌کنند. آنها ترشوندگی بین سطح ویفر و محلول واکنش را بهبود می‌بخشند، قدرت اچ محلول NaOH را تضعیف می‌کنند، نقاط هسته‌زایی و چگالی هسته‌زایی را افزایش می‌دهند و تشکیل تعداد زیادی هرم کوچک را ترویج می‌کنند. به طور کلی، خواص افزودنی بیشترین تأثیر مستقیم را بر سطح هرمی بافت‌سازی شده دارد.

روند فرآیند

توالی بافت‌سازی معمولاً شامل: پیش‌تمیزکاری با NaOH و H2O2 (با کمک تمیزکاری اولتراسونیک در دمای 60 درجه سانتی‌گراد، به دنبال آن شستشو با آب خالص) برای حذف مواد آلی، ناخالصی‌های فلزی و آسیب اره؛ بافت‌سازی قلیایی با استفاده از حدود 0.6% NaOH و 0.4% افزودنی در دمای 82 درجه سانتی‌گراد به مدت 420 ثانیه برای تشکیل بافت هرمی؛ تمیزکاری پس از آن برای حذف مواد آلی باقی‌مانده؛ تمیزکاری اسیدی با استفاده از اسید رقیق (3.15% HCl + 7.1% HF) برای خنثی‌سازی قلیایی باقی‌مانده و حذف لایه اکسید؛ بیرون‌کشی آهسته پیش‌آب‌زدایی برای حذف فیلم آب توسط کشش سطحی؛ و در نهایت خشک‌کردن با هوای گرم 90 درجه سانتی‌گراد.

2. نفوذ بور (B Diff)

هدف

در دمای بالا، اتم‌های بور به سطح ویفر نوع N نفوذ می‌کنند تا اتصال PN تشکیل دهند. میدان داخلی اتصال PN حامل‌های فوتوتولید شده را جدا می‌کند تا جریان را به خارج خروجی دهد. ویفرهای نوع P با غلظت بالای حفره از دوپینگ فسفر برای تشکیل اتصال استفاده می‌کنند؛ ویفرهای نوع N با غلظت بالای الکترون از دوپینگ بور استفاده می‌کنند.

اصل فرآیند

تری کلرید بور (BCl3) از یک لوله کوارتز در دمای 800-900 درجه سانتی‌گراد عبور کرده و با اکسیژن واکنش می‌دهد تا B2O3 تشکیل شود که با گاز حامل نیتروژن روی سطح ویفر رسوب کرده و با Si واکنش می‌دهد تا اتم‌های بور تولید کند و یک لایه شیشه بوروسیلیکات (BSG) تشکیل دهد. سپس اتم‌های بور به داخل ویفر نفوذ کرده و اتصال PN را تشکیل می‌دهند. BCl3 یک مایع یا گاز دودکننده بی‌رنگ با چگالی 1.35 kg/m3، نقطه ذوب 107.3- درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش 12.5 درجه سانتی‌گراد است. غیرقابل اشتعال، تحریک‌کننده و تندبو بوده و در آب تجزیه شده و هیدروکلرید و اسید بوریک با آزادسازی گرمای قابل توجه تولید می‌کند. محصول میانی B2O3 با نقطه ذوب 450 درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش 1860 درجه سانتی‌گراد در طول فرآیند مایع باقی مانده و به شدت برای اجزای کوارتز خورنده است.

نفوذ بور دشوارتر از نفوذ فسفر است، بنابراین مسیر TOPCon نیازهای بالاتری را به تجهیزات تحمیل می‌کند، از جمله یکنواختی بالاتر، دمای نفوذ بالاتر (معمولاً بالای 1000 درجه سانتی‌گراد) و زمان نفوذ طولانی‌تر (تشکیل لایه اغلب تا 240 دقیقه طول می‌کشد) که هزینه تجهیزات و تولید را در مرحله تشکیل اتصال افزایش می‌دهد.

روند فرآیند

نفوذ به دو روش انجام می‌شود. نفوذ پیش‌رسوب (مرحله رسوب BSG) از دمای پایین‌تری استفاده کرده و ویفر را در اتمسفر اشباع از ناخالصی نگه می‌دارد، بنابراین غلظت ناخالصی سطح ثابت می‌ماند؛ این به عنوان نفوذ منبع سطح ثابت شناخته می‌شود. نفوذ توزیع مجدد بور را از BSG به داخل ویفر در دمای بالاتر در اتمسفر غنی از اکسیژن بدون ناخالصی خارجی هل می‌دهد؛ در اینجا غلظت سطح با زمان تغییر می‌کند که به عنوان نفوذ منبع سطح محدود با توزیع ناخالصی گاوسی شناخته می‌شود.

مراحل معمول فرآیند عبارتند از: تخلیه خلاء برای رسیدن به فشار پایین؛ گرمایش تا دمای نفوذ (800-900 درجه سانتی‌گراد)؛ نگهداری دما در حالی که فشار بیشتر کاهش می‌یابد؛ تشخیص نشتی تحت فشار پایین؛ پیش‌اکسیداسیون برای تشکیل یک لایه SiO2 به ضخامت 1nm برای کند کردن مرحله نفوذ بعدی و یکنواخت‌تر کردن نفوذ بور؛ نفوذ/رسوب با معرفی منبع بور برای پیش‌رسوب فعال و نفوذ غیرفعال؛ گرمایش بیشتر بالای 900 درجه سانتی‌گراد برای افزایش سرعت و عمق نفوذ؛ پس‌اکسیداسیون برای تشکیل یک لایه SiO2 با ضخامت بیش از 100nm برای کنترل محتوای بور، عمیق‌تر کردن اتصال، تشکیل لایه محافظ و جذب ناخالصی‌های زیرلایه؛ خنک‌سازی تا دمای ایمن باز کردن لوله؛ و شکستن خلاء با N2 برای بازگرداندن فشار اتمسفر.

3. حذف BSG و اچ قلیایی

حذف BSG

پس از انتشار بور، پشت و لبه‌های ویفر دارای یک لایه ضخیم BSG (اکسید 40-100 نانومتر) هستند. این لایه شیشه بوروسیلیکات بر فرآیندهای بعدی تأثیر منفی می‌گذارد و ممکن است باعث نشتی اتصال PN شود، بنابراین پس از دوپینگ، نیاز به اچ شیمیایی و تمیزکاری است. قبل از اچ قلیایی، یک فرآیند HF تک‌طرفه درون‌خطی BSG پشت و لبه را حذف می‌کند، در حالی که BSG جلو به عنوان ماسک در طول اچ قلیایی برای محافظت از ساختار جلو حفظ می‌شود.

ویفر ابتدا وارد تجهیزات تمیزکاری HF درون‌خطی می‌شود، جایی که حدود 60% HF، BSG پشت را در محلول حل می‌کند در حالی که یک لایه آب از BSG جلو محافظت می‌کند، سپس حدود 0.5 دقیقه شستشو با آب خالص انجام می‌شود. توالی شامل: اعمال لایه آب با استفاده از خاصیت آبدوستی SiO2 برای محافظت از BSG جلو؛ اچ HF پشت و لبه‌های BSG؛ مرحله تفنگ آب برای تازه‌سازی لایه آب احتمالی آلوده؛ شستشو با آب برای حذف HF باقی‌مانده؛ تمیزکاری اسیدی برای حذف یون‌های ناخالصی باقی‌مانده؛ و خشک کردن لایه آب جلو.

اچ قلیایی

هدف از اچ قلیایی حذف اتصال PN در پشت و لبه‌ها برای جلوگیری از نشتی و ایجاد یک مورفولوژی پشت یکنواخت و تمیز برای آماده‌سازی پسیواسیون پشت است.

دو رویکرد اصلی وجود دارد. بافت‌دهی ثانویه از نظر اصول مشابه بافت‌دهی اول است، اما افزودنی باید سرعت واکنش بین BSG و قلیا را کاهش دهد. پولیش قلیایی از قلیا با غلظت بالا و افزودنی‌ها برای تسریع واکنش قلیا-سیلیکون، تضعیف ویژگی اچ ناهمسانگرد و تشکیل مورفولوژی پولیش با بازتاب بالا استفاده می‌کند. افزودنی اچ قلیایی از BSG جلو محافظت می‌کند، سرعت واکنش آن با قلیا را کاهش می‌دهد تا از اچ بیش از حد جلوگیری کند، BSG را به عنوان ماسک برای مراحل بعدی حفظ می‌کند، کشش سطحی را کاهش می‌دهد تا حباب‌های هیدروژن آزاد شوند، ترشوندگی را بهبود می‌بخشد و چگالی هسته‌زایی را افزایش می‌دهد.

4. لایه‌نشانی و پوشش

این مرحله لایه اکسید تونل (TOX)، لایه پلی‌سیلیکون و ماسک را لایه‌نشانی می‌کند. لایه‌نشانی عمدتاً در فاز بخار خلاء انجام می‌شود و می‌توان آن را به لایه‌نشانی فیزیکی بخار (PVD)، لایه‌نشانی شیمیایی بخار (CVD) و لایه‌نشانی اتمی لایه (ALD) تقسیم کرد. PVD یک منبع ماده را به اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌ها تبخیر کرده و تحت فشار پایین روی زیرلایه رسوب می‌دهد؛ CVD از طریق واکنش‌های شیمیایی روی زیرلایه رسوب ایجاد می‌کند؛ و ALD ماده را به صورت لایه به لایه به عنوان تک لایه‌های اتمی رسوب می‌دهد.

لایه اکسید تونل (TOX)

لایه اکسید تونل بر اساس اثر تونل زنی کوانتومی، با استفاده از یک اکسید فوق‌العاده نازک (معمولاً 1-2 نانومتر) به عنوان مانع عمل می‌کند. بین زیرلایه سیلیکونی نوع n و لایه پلی-Si دوپ شده قرار گرفته و انتقال حامل انتخابی را ممکن می‌سازد: الکترون‌ها (حامل‌های اکثریت) از طریق اکسید به لایه پلی-Si تونل می‌زنند، در حالی که حفره‌ها (حامل‌های اقلیت) با ارتفاع مانع بالاتر (حدود 4.5-4.8 الکترون‌ولت) مواجه شده و مسدود می‌شوند. همچنین باعث خمیدگی نوار و غیرفعال‌سازی میدان الکتریکی می‌شود، جایی که اختلاف تابع کار بین پلی-Si دوپ شده و زیرلایه، نوارهای انرژی در سطح مشترک را خم کرده و یک میدان الکترواستاتیک تشکیل می‌دهد که حامل‌های اکثریت را افزایش داده و حامل‌های اقلیت را دفع می‌کند و بازترکیب سطحی را کاهش می‌دهد.

اکسید را می‌توان با اکسیداسیون حرارتی (سازگار با LPCVD) یا با PECVD، PEALD و اکسیداسیون حرارتی (سازگار با PECVD) تهیه کرد. از نظر چگالی فیلم، PEALD بهترین غیرفعال‌سازی را ارائه می‌دهد اما با هزینه تجهیزات بالاتر، در حالی که اکسیداسیون حرارتی و PECVD اقتصادی‌تر هستند. ALD معمولاً حدود 0.7 نانومتر، اکسیداسیون حرارتی حدود 1.3 نانومتر می‌دهد و مکانیزم تونل‌زنی معمولاً در ضخامت‌های کمتر از 1.6 نانومتر حاصل می‌شود. LPCVD بالغ‌تر است و مزایایی مانند کنترل ساده و کیفیت فیلم بالا دارد، اما تمایل به تشکیل یک لایه پلی-Si دوپ شده دورگیر در لبه جلویی دارد که باید تمیز شود و نرخ فیلم کندی دارد. پلی-Si با PECVD فناوری جدیدتری است با رسوب سریع‌تر، دوپ درجا و دورگیری کمتر، اما بلوغ آن هنوز نیاز به بهبود دارد و ممکن است از گرد و غبار، محتوای هیدروژن بالا و تشکیل حباب در طول بازپخت دمای بالا رنج ببرد.

لایه پلی-Si

سیلیکون پلی‌کریستالی (Poly) از دانه‌های سیلیکونی ریز بیشماری تشکیل شده است که اندازه دانه‌ها معمولاً از ده‌ها تا صدها نانومتر است و مرزهای دانه بین آنها وجود دارد. لایه پلی-Si معمولاً با فسفر دوپ می‌شود تا پلی-Si نوع n با دوپ بالا تشکیل دهد، رسانایی را بهبود بخشد، انتقال حامل انتخابی را ممکن سازد و تماس اهمی خوبی با زیرلایه ایجاد کند.

تهیه پلی-Si شامل رسوب‌دهی و دوپینگ است. رسوب‌دهی عمدتاً با استفاده از LPCVD یا PECVD با ضخامت حدود 100-150 نانومتر انجام می‌شود؛ فیلم آمورف در طول بازپخت تغییر بلورینگی می‌دهد و از فاز مخلوط میکروکریستالی-آمورف به پلی‌کریستالی تبدیل می‌شود و غیرفعال‌سازی را فعال می‌کند. برای دوپینگ، LPCVD معمولاً ابتدا یک لایه پلی-Si ذاتی رسوب می‌دهد و سپس دوپینگ فسفر را از طریق کوره انتشار یا کاشت یون (دوپینگ خارج از محل) تکمیل می‌کند، زیرا دوپینگ در طول رسوب‌دهی آهسته LPCVD آن را کندتر می‌کند. PECVD راندمان فیلم بالاتری دارد و می‌تواند دوپینگ فسفر را در طول پوشش‌دهی (دوپینگ در محل) تکمیل کند. LPCVD، فناوری اصلی برای پلی-Si، با تجزیه حرارتی سیلان (SiH4) به اتم‌های سیلیکون که به صورت فیلم رسوب می‌کنند، کار می‌کند. توجه داشته باشید که پلی-Si ضخیم‌تر باعث تلفات FCA (انگلی) جدی‌تر و تلفات جریان اتصال کوتاه بیشتر می‌شود، و دوپینگ فسفر بالاتر جذب FCA و تلفات جریان را افزایش می‌دهد.

لایه ماسک

لایه ماسک معمولاً یک فیلم SiO2 به ضخامت حدود 10 نانومتر است که پس از رسوب پلی-Si برای محافظت از ساختار پشتی رشد می‌کند و عمدتاً از حک شدن لایه پلی-Si در فرآیندهای مرطوب بعدی جلوگیری می‌کند. برای اطمینان از عدم آسیب دیدن ساختار پشتی در تجهیزات مرطوب از نوع تانک، پس از فرآیند پلی، یک ماسک SiOx (حدود 10 نانومتر) روی سطح پشتی با استفاده از سیلان و اکسید نیتروژن رشد داده می‌شود (توجه: سیلان و اکسیژن در محیط‌های غیر خلأ خطر انفجار دارند).

مراحل فرآیند عبارتند از: پیش‌گرمایش خلأ برای رساندن ویفر به دمای مورد نیاز؛ پیش‌رسوب منبع سیلیکون ذاتی (فقط گاز، بدون RF، برای پر کردن یکنواخت لوله و تثبیت فشار)؛ رسوب منبع سیلیکون ذاتی (RF روشن، برای رسوب یک فیلم دوپ نشده که فسفر را از پلی دوپ شده مسدود و بافر می‌کند)؛ پیش‌رسوب منبع سیلیکون دوپ شده (فقط گاز)؛ رسوب منبع سیلیکون دوپ شده (RF روشن، برای رسوب یک فیلم پلی دوپ شده با فسفر)؛ تشکیل ماسک اکسید توسط PECVD SiOx؛ و پاکسازی N2/Ar برای خارج کردن SiH4 و N2O از لوله برای جلوگیری از احتراق هنگام باز کردن درب کوره.

5. بازپخت

هدف از بازپخت تبدیل سیلیکون آمورف رشد یافته توسط PECVD به سیلیکون پلی‌کریستالی، فعال‌سازی اتم‌های فسفر و پیشبرد عمق اتصال، و تشکیل سوراخ‌های ریز است. این فرآیند BN2 (نیترید بور) را معرفی می‌کند و به آرامی تا 890-920 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود، جایی که BN2 در دمای بالا نفوذ می‌کند تا اتم‌های فسفر را در فیلم پلی فعال کرده و دوپینگ مؤثر ایجاد کند.

رابطه‌ای بین آنیلینگ و TOX وجود دارد: با ثابت ماندن اکسید تونل، افزایش دمای آنیلینگ باعث ایجاد حفره‌های بیشتر و نفوذ داخلی بیشتر، کاهش مقاومت تماسی و بهبود FF در عین برآورده کردن الزامات غیرفعال‌سازی می‌شود؛ در دمای آنیلینگ یکسان، اکسید تونل ضخیم‌تر حفره‌ها و نفوذ داخلی بیشتری ایجاد کرده و جریان اشباع بالاتری دارد.

6. حذف PSG و تمیزکاری RCA

در طی لایه‌نشانی PEALD فیلم n+-poly-Si، یک لایه n+-poly موضعی روی جلوی ویفر تشکیل می‌شود که توسط یک فیلم نازک ماسک (SiOx) پوشانده شده است. HF یک طرفه SiOx را حذف می‌کند، سپس یک حمام قلیایی n+-poly-Si جلویی را حذف می‌کند. ویفر به ترتیب از مخزن اچینگ، مخزن قلیایی و مخزن تمیزکاری برای واکنش‌های شیمیایی عبور می‌کند و سپس خشک می‌شود.

هدف از RCA حذف پوشش دورتادور و انجام اچ لبه برای جلوگیری از نشت لبه، و تمیزکاری ویفر با حذف BSG جلو و عقب و ماسک و آب‌گیری آن برای آماده‌سازی فیلم‌های غیرفعال‌سازی جلو و عقب است. از آنجایی که پلی سیلیکون کریستالی است، حذف دورتادور از پولیش قلیایی با غلظت بالای قلیا و افزودنی‌ها استفاده می‌کند.

افزودنی‌های RCA مواد معدنی و محصولات باقی‌مانده را تمیز می‌کنند تا ترشوندگی سطح بهبود یابد، به عنوان کاتالیزور واکنش برای تسریع پیوند OH- با سیلیکون و سرعت بخشیدن به اچ دورتادور و لبه عمل می‌کنند، و نرخ اچ قلیایی دی‌اکسید سیلیکون را کاهش می‌دهند تا از BSG جلو و ماسک عقب در برابر اچ بیش از حد محافظت کنند.

مراحل فرآیند عبارتند از: HF درون‌خطی برای حذف PSG تشکیل‌شده روی جلو و لبه‌ها پس از آنیلینگ N2 در حالی که PSG عقب برای محافظت از پلی عقب حفظ می‌شود؛ پولیش قلیایی با NaOH و افزودنی برای حذف پلی اضافی جلو و لبه؛ شستشوی قلیایی برای حذف افزودنی‌ها و ناخالصی‌های باقی‌مانده؛ تمیزکاری اسیدی برای خنثی‌سازی قلیای باقی‌مانده و حذف یون‌های فلزی؛ خروج آهسته با استفاده از آب دیونیزه در دمای اتاق با ربات برای جلوگیری از لکه‌های آب؛ و خشک کردن در دمای 90 درجه سانتی‌گراد برای جلوگیری از مایع باقی‌مانده روی ویفرها و حامل‌ها.

7. ALD (لایه‌نشانی اتمی)

رسوب‌دهی لایه اتمی، مواد را به صورت لایه‌های اتمی منفرد بر روی زیرلایه پوشش می‌دهد و با ماهیت خودمحدودشونده مشخص می‌شود که اساس ALD است. از طریق فواصل زمانی یا مکانی، زیرلایه به طور متناوب در معرض پیش‌ماده‌های مختلف قرار می‌گیرد. هنگامی که زیرلایه در اتمسفر پیش‌ماده A است، A به صورت شیمیایی بر روی سطح جذب می‌شود تا زمانی که اشباع شود، سپس متوقف می‌شود؛ هنگامی که در معرض پیش‌ماده B قرار می‌گیرد، B با A جذب‌شده قبلی واکنش می‌دهد و محصولات جانبی تولید می‌کند تا زمانی که پیش‌ماده اول کاملاً مصرف شود و واکنش به طور خودکار متوقف شود و لایه اتمی مورد نیاز تشکیل شود. ALD این واکنش را تکرار می‌کند تا فیلم مورد نظر ساخته شود.

در پشت ویفر، غیرفعال‌سازی AlOx نرخ بازترکیب سطح پشتی را کاهش می‌دهد. اکسید آلومینیوم دارای بارهای منفی ثابتی است که دقیقاً در سطح مشترک بین اکسید آلومینیوم و اکسید سیلیکون روی سطح ویفر قرار دارند؛ این بار منفی با چگالی بالا، غیرفعال‌سازی میدانی مؤثر را تضمین می‌کند. اکسید آلومینیوم همچنین غیرفعال‌سازی شیمیایی عالی را فراهم می‌کند و پیوندهای آویزان روی سطح سیلیکون کریستالی را اشباع کرده و چگالی حالت‌های سطحی را کاهش می‌دهد.

مراحل فرآیند عبارتند از: پیش‌رسوب (فقط گاز، بدون RF، پر کردن یکنواخت لوله و تثبیت فشار، کوتاه نگه داشته می‌شود تا از هدررفت گاز و خطرات ایمنی جلوگیری شود). رسوب (RF روشن، با TMA که پلاسما تشکیل می‌دهد و با سطح واکنش می‌دهد تا AlOx تشکیل شود، سپس پاکسازی با گاز بی‌اثر، تکرار برای 40 چرخه)؛ و پاکسازی Ar برای خارج کردن TMA و O2 از لوله برای جلوگیری از احتراق TMA هنگام باز کردن درب کوره.

8. نیترید سیلیکون جلو و پشت (SiNx)

پوشش SiNx اهداف متعددی را دنبال می‌کند. از سطح سلول محافظت می‌کند، زیرا نیترید سیلیکون دارای استحکام بسیار بالایی است که تا 1200 درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کند، مقاومت شیمیایی عالی در برابر تقریباً تمام اسیدهای معدنی و NaOH زیر 30٪ دارد و یک عایق الکتریکی با کارایی بالا است. این پوشش ضد انعکاس است، با ضریب شکست تک لایه بهینه 1.96 در هوا؛ افزایش محتوای سیلیکون، غیرفعال‌سازی سطح را تقویت می‌کند و ادبیات گزارش می‌دهد که سرعت بازترکیب سطح در ضریب شکست 2.3 به زیر 20 سانتی‌متر بر ثانیه می‌رسد، با بهترین غیرفعال‌سازی توده بین 2.1 و 2.3. همچنین از طریق ساختار متراکم خود از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند. غیرفعال‌سازی امیتر جلویی TOPCon عمدتاً از اکسید آلومینیوم به همراه فیلم SiNx:H استفاده می‌کند، در حالی که غیرفعال‌سازی پشتی عمدتاً از پلی-Si استفاده می‌کند.

مکانیسم غیرفعال‌سازی SiNx به دو صورت عمل می‌کند. غیرفعال‌سازی شیمیایی با کاهش پیوندهای آزاد، چگالی نقص‌های سطحی را کاهش می‌دهد، یا با رشد یک لایه سطحی که به اتم‌ها زمان و انرژی کافی برای اشباع پیوندهای آزاد می‌دهد، یا با رسوب یک لایه دی‌الکتریک غنی از هیدروژن و آزادسازی هیدروژن در حین تف جوشی تا با پیوندهای آزاد پیوند برقرار کند. غیرفعال‌سازی میدان الکتریکی با ایجاد یک میدان الکتریکی در نزدیکی سطح که حامل‌های هم‌قطبیت را دفع می‌کند، تعداد حامل‌های اقلیت رسیده به سطح را کاهش می‌دهد که با کاهش غلظت دوپینگ سطحی بالا یا افزودن یک لایه دی‌الکتریک با بار ثابت بالا به دست می‌آید.

مراحل فرآیند SiNx عبارتند از: پیش‌رسوب (فقط گاز، بدون RF، پر کردن لوله و تثبیت فشار). رسوب 1-2-3 (RF روشن، وارد کردن SiH4 و NH3 برای تشکیل سه لایه SiNx با نسبت Si-N به تدریج کاهش‌یافته، زیرا نسبت Si-N بالاتر ضریب شکست بالاتری می‌دهد). رسوب 4 (RF روشن، SiH4، O2 و NH3 تشکیل یک لایه SiONx). رسوب 5 (RF روشن، SiH4 و O2 تشکیل یک لایه SiO2). و پاک‌سازی خطوط و لوله با N2 برای حذف گاز واکنش‌دهنده و جلوگیری از انفجار SiH4 هنگام باز کردن درب کوره.

9. چاپ سیلک (فلزی‌سازی)

پس از تکمیل بافت‌دهی، انتشار و پوشش‌دهی اتصال PN و غیرفعال‌سازی، سلول می‌تواند تحت نور جریان تولید کند. برای استخراج و جمع‌آوری این جریان، الکترودهای جلو و پشت روی سطح سلول چاپ می‌شوند که معمولاً از طریق چاپ سیلک، خشک‌کردن و تف جوشی انجام می‌شود.

سیستم چاپ سیلک از پنج عنصر تشکیل شده است: تیغه، جوهر (خمیر)، صفحه، زیرلایه (ویفر) و سکوی چاپ. عملکرد چاپ مناسب خمیر (ویسکوزیته، توانایی رقیق‌شدن با برش) پیش‌نیاز چاپ انبوه در مقیاس بزرگ است و تعداد مش صفحه، قطر سیم و عرض خط طراحی شده تا حد زیادی مورفولوژی چاپ شده را تعیین می‌کند. در حین کار، خمیر از دهانه‌های طرح‌دار مش عبور می‌کند و یک تیغه در حین حرکت روی صفحه فشار اعمال می‌کند و خمیر را از دهانه‌های طرح روی ویفر فشار می‌دهد. ویسکوزیته خمیر باعث می‌شود که در محدوده چسبیده بماند و تیغه تماس خطی با صفحه و زیرلایه حفظ می‌کند، خط تماس با حرکت تیغه حرکت می‌کند تا ضربه چاپ کامل شود.

خمیر باید چاپ‌پذیری عالی برای تولید انبوه، تماس اهمی خوب با امیتر برای مقاومت تماس پایین و FF بالاتر، حداقل آسیب به امیتر برای محدود کردن افت Voc ناشی از متالیزاسیون، و کمترین مقاومت حجمی ممکن برای کاهش افت جریان را ارائه دهد. مراحل فرآیند عبارتند از: خشک کردن برای تبخیر مواد آلی در خمیر؛ پیش‌پخت برای ذوب فریت شیشه، حل کردن ذرات نقره و باز کردن لایه غیرفعال‌سازی؛ پخت برای حل کردن فلز بیشتر در شیشه و اتصال آن به هم؛ و خنک‌سازی به طوری که فلز حل شده در شیشه روی سطح رسوب کرده و تماس اهمی بین فلز و نیمه‌هادی ایجاد کند.

نتیجه‌گیری

فرآیند تولید TOPCon یک توالی دقیق از مراحل بافت‌دهی، دوپینگ، غیرفعال‌سازی، لایه‌نشانی، بازپخت و متالیزاسیون است که هر یک برای به حداکثر رساندن گزینش‌پذیری حامل و به حداقل رساندن بازترکیب برای بازده تبدیل بالاتر مهندسی شده‌اند.

دیدگاه ooitech: ooitech معتقد است که بازده بالای TOPCon از هم‌افزایی فناوری اکسید تونلی و تماس غیرفعال‌شده ناشی می‌شود، جایی که هر مرحله تمیزکاری، لایه‌نشانی و بازپخت با هم کار می‌کنند تا مرزهای گزینش‌پذیری حامل و غیرفعال‌سازی سطح را جابجا کنند.