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

• Sem grades metálicas frontais, eliminando a perda por sombreamento frontal e aumentando a Isc

• 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

• TOPCon padrão: sombreamento por grades frontais, passivação TOPCon em área total na parte traseira

• IBC padrão: estrutura de contato traseira, mas a passivação depende de óxido de silício / nitreto de silício, sem passivação de túnel poli-Si

• TBC (POLO-IBC): estrutura de contato traseira IBC mais passivação de túnel TOPCon integrada, portanto tanto a estrutura quanto a passivação são otimizadas

Visão Geral do Fluxo de Processo Completo

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-poli) → segunda abertura a laser traseira (área de fósforo) → dopagem de fósforo (n-poli) → limpeza para remover difusão envolvente / BSG / PSG → deposição de filme de passivação traseira → 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 e manter a deposição uniforme 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 peso do polimento: balança eletrônica

• Refletância superficial: testador de refletância

• Tempo de vida de portadores minoritários iVoc: testador de vida útil transitória 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 peso uniforme, sem queda óbvia de vida útil.

3.2 Deposição de óxido de túnel + poli-Si

Objetivo: crescer um óxido de túnel ultrafino (SiO₂) e depois uma camada de poli-Si intrínseca na parte traseira do wafer, formando a estrutura de passivação TOPCon central 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 do poli intrínseco antes da dopagem)

Controle de qualidade: óxido ultrafino e uniforme, poli-Si denso e sem pinholes, 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 pinholes, 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 por 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 de difusão de boro tubular.

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.

Meio 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 contorno e laterais para evitar fuga de borda.

Equipamento principal: linha de limpeza úmida inline.

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 de passivação protetora de SiN traseiro

Objetivo: depositar um filme de passivação protetora 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 SiN, evitando que o ataque frontal posterior ataque 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 de borda para que a parte traseira permaneça protegida durante todo o processo.

3.11 Ataque químico frontal + remoção de cera e limpeza

Objetivo:

1. Remover dopagem excessiva e camadas de dano na parte frontal da pastilha

2. Texturizar a parte frontal para formar uma superfície piramidal e reduzir a reflexão frontal

3. Alcançar isolamento de borda entre as zonas P e N traseiras através de ataque lateral para reduzir vazamento de borda

4. Finalmente remover a máscara de cera traseira para expor a estrutura de contato traseira completa

Equipamento principal: linha de ataque químico 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 vazamento, remoção de cera limpa sem resíduos.

3.12 Filme de passivação antirreflexo SiN frontal e traseiro

Objetivo: depositar um filme de passivação antirreflexo 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 de 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 alinhada 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 autoalinhada BSG intacta é o núcleo do processo

• O isolamento por corrosão interdigitada P/N é propenso 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 autoalinhada 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 alto Voc se comportam downstream na stringagem e laminação, porque sua metalização totalmente traseira muda o jogo de 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.