Tecnologia de Célula Solar TBC (TOPCon Back Contact): Guia Completo do Processo
Visão Geral da Tecnologia
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O que é uma célula TBC?
TBC significa TOPCon Back Contact. Ela funde a passivação TOPCon (óxido de túnel mais polissilício) com a estrutura de contato traseiro interdigitado IBC, por isso também é chamada de célula POLO-IBC.
Ela integra profundamente a passivação de óxido de túnel / poli-Si do TOPCon com o layout de contato traseiro IBC. Isso proporciona a forte passivação traseira do TOPCon mais a vantagem do IBC de sem sombreamento de grade frontal, com toda a coleta de corrente movida para a parte traseira. O resultado é maior tensão de circuito aberto e maior corrente de curto-circuito. É uma das principais rotas de alta eficiência tipo N para a próxima geração.
Principais vantagens
No front metal gridlines, so front shading loss is removed and Isc goes up
A passivação por túnel TOPCon reduz a recombinação traseira e eleva a Voc
O layout de contato traseiro interdigitado P/N otimiza o caminho de coleta de portadores e reduz a resistência série
Comparado com TOPCon padrão e IBC padrão, equilibra qualidade de passivação e integração estrutural
Compatível com a maioria dos equipamentos principais das linhas tipo N existentes, permitindo atualização gradual do processo
Comparação com células convencionais
Standard TOPCon: front gridline shading, full-area TOPCon passivation on the rear
IBC padrão: estrutura de contato traseiro, mas a passivação depende de óxido de silício / nitreto de silício, sem passivação por túnel de poli-Si
TBC (POLO-IBC): estrutura de contato traseiro IBC mais passivação integrada por túnel TOPCon, otimizando tanto a estrutura quanto a passivação
Visão Geral do Fluxo Completo do Processo
Entrada de wafer → pré-limpeza / remoção de danos de serra → deposição de óxido de túnel traseiro + poli-Si (LPCVD) → deposição de máscara de SiN traseira → primeira abertura a laser traseira (área de boro) → dopagem de boro (p-poly) → segunda abertura a laser traseira (área de fósforo) → dopagem de fósforo (n-poly) → limpeza para remover difusão indesejada / BSG / PSG → deposição de filme de passivação traseiro → impressão de máscara de cera para proteger a parte traseira → texturização frontal + gravação de isolamento P/N → deposição de filme de passivação anti-reflexo de SiN frontal e traseiro → impressão por serigrafia do eletrodo metálico traseiro → queima → teste elétrico → classificação e embalagem
Especificações Detalhadas do Processo
3.1 Limpeza e polimento (pré-limpeza + remoção de danos de serra)
Objetivo: remover a camada de danos de serra, impurezas metálicas superficiais, partículas e óleo; polir o wafer em um ou ambos os lados para obter uma base de silício limpa e plana, garantindo a uniformidade da deposição da camada de túnel posterior.
Equipamento principal: linha de limpeza e polimento úmido em linha, tanque de polimento alcalino, tanque de limpeza ácida.
Produtos químicos principais: álcali forte (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, aditivo de texturização, surfactante.
Itens principais de monitoramento:
Perda de massa no polimento: balança eletrônica
Refletância superficial: medidor de refletância
Tempo de vida de portadores minoritários iVoc: medidor de tempo de vida transitório WCT-120
Imagem de recombinação de portadores: testador PL (R3-PL)
Rugosidade e limpeza superficial: microscópio óptico
Controle de qualidade: danos de serra totalmente removidos, sem manchas ou degraus na superfície, perda de massa uniforme, sem queda significativa no tempo de vida.
3.2 Deposição de óxido de túnel + poli-Si
Objetivo: crescer um óxido de túnel ultrafino (SiO₂) e depois uma camada de poli-Si intrínseco na parte traseira do wafer, formando a estrutura de passivação central TOPCon para forte passivação de campo e química e baixa recombinação traseira.
Equipamento principal: LPCVD tubular.
Fontes de gás: SiH₄, O₂, N₂ (carreador / purga).
Itens principais:
Espessura do poli-Si: medidor de espessura de poli, elipsômetro
Espessura do óxido túnel: ECV, elipsômetro
iVoc (WCT-120)
Uniformidade PL
Resistência de folha (monitoramento de poli intrínseco antes da dopagem)
Controle de qualidade: óxido ultrafino e uniforme, poli-Si denso e sem furos, boa consistência de espessura em toda a bolacha.
3.3 Deposição da máscara de SiN traseira
Objetivo: depositar uma camada densa de nitreto de silício (SiNₓ) sobre o poli-Si intrínseco como máscara de bloqueio para as etapas posteriores de abertura a laser e dopagem, permitindo zonas de dopagem seletivas.
Equipamento principal: PECVD.
Fontes de gás: SiH₄, NH₃, N₂.
Itens-chave: espessura do SiN (elipsômetro espectroscópico), índice de refração e uniformidade, iVoc, uniformidade PL.
Controle de qualidade: máscara densa, sem furos, espessura uniforme para garantir isolamento da dopagem.
3.4 Primeira abertura a laser traseira (janela de difusão de boro)
Objetivo: remover seletivamente a máscara de SiN sobre a área de difusão de boro por ablação a laser local, mantendo o poli-Si intrínseco abaixo, abrindo a janela para o poli tipo p posterior.
Equipamento principal: sistema de abertura a laser de fibra / nanossegundo ou picossegundo, ferramenta de padronização a laser de alta precisão.
Ajuste do processo: ajustar potência do laser, taxa de repetição, velocidade de varredura e sobreposição do ponto para que apenas a máscara de SiN superior seja removida e o poli-Si intrínseco abaixo não seja danificado, mantendo a base de passivação intacta.
Caracterização-chave: verificação em microscópio óptico da forma do sulco, integridade da borda e se a camada de poli está queimada.
3.5 Dopagem traseira com boro (p-poli)
Objetivo: difundir boro no poli-Si intrínseco na área aberta para convertê-lo em poli fortemente dopado tipo p (p-poli), enquanto forma BSG na superfície. O BSG atua posteriormente como uma máscara de bloqueio natural para a difusão de fósforo.
Equipamento principal: forno tubular de difusão de boro.
Meios de processo: fonte líquida BBr₃; ambiente O₂, N₂.
Caracterização-chave: resistência de folha da zona p, uniformidade da dopagem, integridade da cobertura de BSG, uniformidade da dopagem PL.
Controle de qualidade: dopagem de boro suficiente, resistência de folha uniforme, BSG contínuo e completo sem lacunas locais.
3.6 Abertura traseira a laser (janela de difusão de fósforo)
Objetivo: remover a máscara de SiN restante para expor o poli-Si intrínseco não dopado como zona de dopagem de fósforo tipo n, mantendo a camada BSG já formada intacta contra danos do laser.
Equipamento principal: sistema de padronização/abertura a laser.
Foco do processo: controle preciso da energia do laser para evitar perfurar a camada BSG, mantendo um limite de isolamento limpo entre as zonas P e N.
3.7 Dopagem traseira de fósforo (n-poly)
Objetivo: difundir fósforo no poli-Si intrínseco da segunda janela para formar poli fortemente dopado tipo n (n-poly). O BSG formado na etapa anterior funciona como uma máscara auto-alinhada, bloqueando a difusão de fósforo para a área p-poly e alcançando o auto-isolamento das zonas P/N.
Equipamento principal: forno tubular de difusão de fósforo.
Meios do processo: fonte líquida POCl₃; ambiente O₂, N₂.
Princípio chave: o BSG residual atua como uma barreira natural de difusão e impede a contaminação de fósforo na área p-poly. Após a difusão de fósforo, o BSG se transforma parcialmente em um óxido misto de boro-fósforo, o que fortalece ainda mais o isolamento.
Caracterização chave: resistência de folha da zona n, isolamento do limite P/N, monitoramento de tendência de fuga.
3.8 Limpeza para remover difusão de contorno (remoção de BSG/PSG)
Objetivo: remover quimicamente todo BSG, PSG e resíduos de superfície, e eliminar as camadas de dopagem de borda e contorno para evitar fuga de borda.
Equipamento principal: linha de limpeza úmida em linha.
Produtos químicos chave: principalmente HF, além de aditivos ácidos e um sistema de ácido tamponado.
Auxiliares de processo: sopro de ar seco limpo, secagem com ar quente.
Controle de qualidade: vidro de óxido completamente removido, superfície limpa sem resíduos, sem resíduo de contorno nas bordas.
3.9 Deposição de filme protetor de passivação de SiN traseiro
Objetivo: depositar um filme protetor de passivação de SiN na estrutura interdigitada P/N poly traseira para passivar e proteger a área de contato traseira e bloquear ataques químicos em etapas posteriores.
Equipamento principal: PECVD.
Fontes de gás: SiH₄, NH₃, N₂.
Caracterização: espessura do SiN, índice de refração, uniformidade do filme.
3.10 Revestimento de máscara de cera traseira (máscara protetora)
Objetivo: revestir completamente a parte traseira com uma camada protetora de cera por serigrafia para proteger a estrutura de contato traseira P/N formada e o filme de SiN, evitando que o ataque frontal posterior danifique as camadas funcionais traseiras.
Equipamento principal: impressora de serigrafia (estação de impressão de cera).
Foco de controle: impressão de cera completa, sem impressão pulada, sem furos, boa vedação das bordas para que a parte traseira permaneça protegida durante todo o processo.
3.11 Ataque químico frontal + remoção de cera e limpeza
Objetivo:
Remover o excesso de dopagem e camadas de dano na parte frontal da pastilha
Texturizar a parte frontal para formar uma superfície piramidal e reduzir a reflexão frontal
Alcançar o isolamento de borda entre as zonas P e N traseiras por ataque lateral para reduzir a fuga de borda
Finalmente, remover a máscara de cera traseira para expor a estrutura de contato traseira completa
Equipamento principal: linha de ataque úmido e texturização inline de dupla face.
Produtos químicos chave: álcali forte (NaOH), HF, aditivo de texturização, atacante tamponado.
Fontes de gás: ar comprimido limpo, sopro de N₂.
Controle de qualidade: texturização frontal uniforme, morfologia piramidal qualificada, isolamento P/N adequado, sem caminho de fuga, remoção de cera limpa sem resíduos.
3.12 Filme de passivação antirreflexo de SiN frontal e traseiro
Objetivo: depositar um filme de passivação antirreflexo de SiN na parte frontal para antirreflexo e passivação de superfície; adicionar e otimizar o filme de passivação traseiro para melhorar ainda mais a passivação e a confiabilidade.
Equipamento principal: PECVD.
Fontes de gás: SiH₄, NH₃, N₂.
Caracterização: espessura do filme frontal e traseiro, índice de refração, tempo de vida dos portadores minoritários, refletância.
3.13 Impressão e queima de eletrodos traseiros por serigrafia
Objetivo: imprimir eletrodos de prata-alumínio na zona P traseira e eletrodos de prata na zona de poli tipo n para formar os eletrodos positivo e negativo do contato traseiro interdigitado, depois usar queima em alta temperatura para formar contato ôhmico entre o metal e o poli-Si dopado.
Equipamento principal: impressora de serigrafia dedicada para contato traseiro, forno de queima inline.
Etapas chave: impressão por alinhamento do padrão do eletrodo traseiro → secagem → queima em alta temperatura (formando contato ôhmico).
3.14 Inspeção e classificação final
Processo de conteúdo: inspeção EL (defeitos, microtrincas, vazamento), teste elétrico IV (Voc, Isc, FF, Eff), inspeção visual, classificação e separação, embalagem e armazenamento.
Equipamentos de inspeção: testador EL, testador IV, estação de inspeção visual.
Principais Desafios e no que Focar
Quais são as partes difíceis da tecnologia TBC e para onde a atenção deve ir?
Controlar a uniformidade de espessura do óxido de túnel ultrafino é difícil
As duas etapas de abertura a laser exigem precisão de alinhamento extremamente alta
Manter a máscara auto-alinhada BSG intacta é o núcleo do processo
A gravação de isolamento interdigitado P/N é propensa a vazamento de borda
A impressão do eletrodo de contato traseiro requer maior precisão de alinhamento do que células convencionais
Gerenciar a decadência do tempo de vida dos portadores minoritários ao longo de todo o fluxo é difícil
Principais parâmetros SPC a observar
Espessura do óxido de túnel e espessura do polissilício
Morfologia da abertura a laser e desvio de alinhamento para ambas as etapas
Uniformidade da resistência de folha da difusão de boro e fósforo
iVoc e tempo de vida dos portadores minoritários PL rastreados ao longo de todo o fluxo
Refletância frontal e morfologia da texturização
Microtrincas EL, vazamento e status de isolamento de borda
Visão da Ooitech
TBC vive ou morre nos detalhes, e a máscara auto-alinhada BSG é a heroína silenciosa aqui, pois permite que as zonas de fósforo e boro se organizem sem uma terceira etapa de máscara. O que mais observamos nas linhas de módulos é como essas células de contato traseiro de alta Voc se comportam downstream na stringagem e laminação, porque sua metalização totalmente traseira muda o jogo da interconexão. Se você quiser ver linhas reais de módulos tipo N em operação, nosso canal do YouTube www.youtube.com/ooitech tem imagens de fábrica que valem a pena conferir.
