TOPCon सोलर सेल निर्माण प्रक्रिया: चरण-दर-चरण

त्वरित उत्तर: TOPCon सोलर सेल निर्माण प्रक्रिया एक N-प्रकार मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर को नियंत्रित चरणों के एक लंबे क्रम के माध्यम से एक तैयार उच्च-दक्षता सेल में बदल देती है। यह प्रकाश-जाल सतह बनाने के लिए टेक्सचरिंग से शुरू होती है, फिर एमिटर बनाने के लिए बोरॉन डिफ्यूजन और संपर्क क्षेत्रों को भारी-डोप करने के लिए लेजर SE, इसके बाद एनीलिंग और क्षारीय पॉलिशिंग। इसके बाद निर्णायक चरण आते हैं: RCA क्लीनिंग, अति-पतली टनल ऑक्साइड की वृद्धि, और PE-poly या LPCVD द्वारा डोप्ड पॉलीसिलिकॉन परत का निक्षेपण। एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग, स्क्रीन प्रिंटिंग द्वारा धातुकरण, और फायरिंग सेल को पूरा करते हैं। प्रक्रिया विंडो तंग हैं — बोरॉन डिफ्यूजन लगभग 900°C पर चलता है, LPCVD पॉलीसिलिकॉन निक्षेपण लगभग 600°C पर, और फायरिंग पीक 920°C के करीब पहुंचता है — और प्रत्येक चरण अंतिम दक्षता के एक हिस्से को नियंत्रित करता है। स्ट्रिंगिंग के लिए जाने से पहले परीक्षण और छंटाई सेल को करंट के अनुसार बिन करते हैं।

PV मॉड्यूल निर्माण · Jerry, Ooitech द्वारा

परिचय

मोनोक्रिस्टलाइन N-टाइप TOPCon सौर सेल फोटोवोल्टिक उद्योग में सबसे आशाजनक उच्च-दक्षता प्रौद्योगिकियों में से एक बन गए हैं। इनके उत्पादन में सावधानीपूर्वक नियंत्रित चरणों की एक लंबी श्रृंखला शामिल है, जिसमें टेक्सचरिंग, बोरॉन डिफ्यूजन, लेजर SE, एनीलिंग, क्षारीय पॉलिशिंग, PE-पॉली, एनीलिंग, RCA क्लीनिंग, कोटिंग, मेटलाइजेशन और अंतिम परीक्षण और छँटाई शामिल हैं। इस लेख में, हम प्रत्येक मुख्य प्रक्रिया चरण से गुजरते हैं और बताते हैं कि यह क्यों महत्वपूर्ण है।

1. टेक्सचरिंग (TEX)

टेक्सचरिंग का उद्देश्य

टेक्सचरिंग का लक्ष्य वेफर सतह पर यांत्रिक क्षति परत को हटाना और एक पिरामिड के आकार की बनावट वाली सतह बनाना है जो प्रकाश अवशोषण को बढ़ाती है। सतह परावर्तन को कम करके, शॉर्ट-सर्किट करंट (Isc) में सुधार होता है, जो अंततः सेल की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता को बढ़ाता है।

गीला नक़्क़ाशी आज मुख्यधारा की टेक्सचरिंग प्रक्रिया है। वेफर सतह पर धातु आयन, क्षति परतें और अन्य संदूषण पुनर्संयोजन केंद्रों के रूप में कार्य करते हैं। चूंकि अलग किए गए इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को वेफर सतह पर यात्रा करनी चाहिए और एकत्र किया जाना चाहिए, ये पुनर्संयोजन केंद्र अल्पसंख्यक वाहक जीवनकाल को कम करते हैं, जिससे वाहक बाहरी करंट के रूप में आउटपुट होने से पहले पुनर्संयोजित हो जाते हैं। सतह ऑक्साइड परतें और कार्बनिक संदूषण भी AlOx और SiNx परतों के जमाव और पैसिवेशन गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं, इसलिए पूरी तरह से सतह की सफाई महत्वपूर्ण है और सीधे सेल दक्षता को प्रभावित करती है।

प्रतिक्रिया सिद्धांत

टेक्सचरिंग क्रिस्टलीय सिलिकॉन के अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी गुण पर निर्भर करती है, जहां कम सांद्रता वाले क्षार और योजक विभिन्न क्रिस्टल अभिविन्यासों को अलग-अलग दरों पर नक़्क़ाशी करते हैं। (110) और (100) तलों पर नक़्क़ाशी दर (111) तल की तुलना में कहीं अधिक है। एक निश्चित नक़्क़ाशी समय के बाद, मोनोक्रिस्टलाइन वेफर सतह पर (111) तलों से बनी चार "पिरामिड" संरचनाएं छोड़ दी जाती हैं।

परमाणु व्यवस्था क्रिस्टल तलों में भिन्न होती है, जिससे अलग-अलग नक़्क़ाशी दरें होती हैं:

• (100) तल: अपेक्षाकृत ढीली परमाणु व्यवस्था जिसमें अधिक उजागर रासायनिक बंध होते हैं, जिससे सबसे तेज़ एचिंग दर मिलती है।

• (110) तल: परमाणु घनत्व (100) और (111) के बीच होता है, जिसकी एचिंग दर (100) से तेज़ लेकिन थोड़ी कम होती है।

• (111) तल: सबसे सघन परमाणु व्यवस्था, जिसमें रासायनिक बंधों पर हमला करना कठिन होता है, जिससे सबसे धीमी एचिंग दर मिलती है।

टेक्सचरिंग एडिटिव्स की भूमिका

एडिटिव्स सिलिकॉन की सतह का तनाव कम करते हैं, प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले हाइड्रोजन बुलबुले के निकास को बढ़ावा देते हैं, और पिरामिडों को अधिक समान बनाते हैं। वे वेफर सतह और प्रतिक्रिया समाधान के बीच गीलापन में सुधार करते हैं, NaOH समाधान की एचिंग शक्ति को कमजोर करते हैं, न्यूक्लिएशन बिंदुओं और न्यूक्लिएशन घनत्व को बढ़ाते हैं, और बड़ी संख्या में छोटे पिरामिडों के निर्माण को बढ़ावा देते हैं। सामान्य तौर पर, एडिटिव के गुणों का टेक्सचर्ड पिरामिड सतह पर सबसे सीधा प्रभाव होता है।

प्रक्रिया प्रवाह

टेक्सचरिंग अनुक्रम में आम तौर पर शामिल हैं: NaOH और H2O2 के साथ पूर्व-सफाई (60°C पर अल्ट्रासोनिक सफाई द्वारा सहायता प्राप्त, उसके बाद शुद्ध पानी से धोना) कार्बनिक पदार्थ, धातु अशुद्धियों और आरी क्षति को हटाने के लिए; लगभग 0.6% NaOH और 0.4% एडिटिव के साथ 82°C पर 420 सेकंड के लिए क्षारीय टेक्सचरिंग पिरामिड बनावट बनाने के लिए; अवशिष्ट कार्बनिक पदार्थों को हटाने के लिए पोस्ट-सफाई; अवशिष्ट क्षार को बेअसर करने और ऑक्साइड परत को हटाने के लिए तनु अम्ल (3.15% HCl + 7.1% HF) का उपयोग करके अम्ल सफाई; सतह तनाव द्वारा पानी की फिल्म को हटाने के लिए धीमी निष्कर्षण पूर्व-निर्जलीकरण; और अंत में 90°C गर्म हवा के साथ सुखाना।

2. बोरॉन प्रसार (B Diff)

उद्देश्य

उच्च तापमान पर, बोरॉन परमाणु N-प्रकार वेफर की सतह में प्रसारित होकर PN जंक्शन बनाते हैं। PN जंक्शन का आंतरिक क्षेत्र फोटो-जनित वाहकों को अलग करके बाहरी रूप से करंट आउटपुट करता है। P-प्रकार वेफर, उच्च छिद्र सांद्रता के साथ, जंक्शन निर्माण के लिए फॉस्फोरस डोपिंग का उपयोग करते हैं; N-प्रकार वेफर, उच्च इलेक्ट्रॉन सांद्रता के साथ, बोरॉन डोपिंग का उपयोग करते हैं।

प्रक्रिया सिद्धांत

बोरॉन ट्राइक्लोराइड (BCl3) 800-900°C पर क्वार्ट्ज ट्यूब से गुजरता है और ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके B2O3 बनाता है, जो नाइट्रोजन वाहक गैस के साथ वेफर की सतह पर जमा होता है और Si के साथ प्रतिक्रिया करके बोरॉन परमाणु उत्पन्न करता है, जिससे बोरोसिलिकेट ग्लास (BSG) परत बनती है। फिर बोरॉन परमाणु वेफर में प्रसारित होकर PN जंक्शन बनाते हैं। BCl3 एक रंगहीन धूआँ देने वाला तरल या गैस है जिसका घनत्व 1.35 kg/m3, गलनांक -107.3°C और क्वथनांक 12.5°C है। यह गैर-ज्वलनशील, उत्तेजक और तीखी गंध वाला है, पानी में विघटित होकर हाइड्रोजन क्लोराइड और बोरिक एसिड बनाता है जिसमें महत्वपूर्ण ऊष्मा निकलती है। मध्यवर्ती उत्पाद B2O3, जिसका गलनांक 450°C और क्वथनांक 1860°C है, पूरी प्रक्रिया में तरल रहता है और क्वार्ट्ज घटकों के लिए अत्यधिक संक्षारक है।

बोरॉन प्रसार फॉस्फोरस प्रसार की तुलना में अधिक कठिन है, इसलिए TOPCon मार्ग उपकरणों पर अधिक मांग रखता है, जिसमें उच्च एकरूपता, उच्च प्रसार तापमान (आमतौर पर 1000°C से ऊपर) और लंबा प्रसार समय (फिल्म निर्माण में अक्सर 240 मिनट तक लगते हैं) शामिल हैं, जिससे जंक्शन निर्माण चरण में उपकरण और उत्पादन लागत बढ़ जाती है।

प्रक्रिया प्रवाह

प्रसार दो तरीकों से किया जाता है। पूर्व-निक्षेपण प्रसार (BSG निक्षेपण चरण) कम तापमान का उपयोग करता है और वेफर को संतृप्त अशुद्धता वातावरण में रखता है, इसलिए सतह की अशुद्धता सांद्रता स्थिर रहती है; इसे स्थिर सतह स्रोत प्रसार कहा जाता है। पुनर्वितरण प्रसार बोरॉन को BSG से वेफर में उच्च तापमान पर ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण में बाहरी अशुद्धियों के बिना धकेलता है; यहाँ सतह की सांद्रता समय के साथ बदलती है, जिसे सीमित सतह स्रोत प्रसार कहा जाता है, जिसमें गाऊसी अशुद्धता वितरण होता है।

विशिष्ट प्रक्रिया चरण हैं: निम्न दबाव प्राप्त करने के लिए वैक्यूम पंपिंग; प्रसार तापमान (800-900°C) तक हीटिंग; दबाव को और कम करते हुए तापमान बनाए रखना; निम्न दबाव के तहत रिसाव का पता लगाना; 1nm SiO2 परत बनाने के लिए पूर्व-ऑक्सीकरण जो अगले प्रसार चरण को धीमा करता है और बोरॉन प्रसार को अधिक एकरूप बनाता है; सक्रिय पूर्व-निक्षेपण और निष्क्रिय ड्राइव-इन के लिए बोरॉन स्रोत को शामिल करके प्रसार/निक्षेपण; प्रसार दर और गहराई बढ़ाने के लिए 900°C से ऊपर और हीटिंग; बोरॉन सामग्री को नियंत्रित करने, जंक्शन को गहरा करने, सुरक्षात्मक परत बनाने और सब्सट्रेट अशुद्धियों को गेटर करने के लिए 100nm से अधिक SiO2 परत बनाने के लिए पोस्ट-ऑक्सीकरण; सुरक्षित ट्यूब-खोलने के तापमान तक ठंडा करना; और वायुमंडलीय दबाव बहाल करने के लिए N2 के साथ वैक्यूम तोड़ना।

3. BSG निष्कासन और क्षारीय नक़्क़ाशी

BSG निष्कासन

बोरॉन प्रसार के बाद, वेफर के पिछले हिस्से और किनारों पर एक मोटी BSG परत (40-100nm ऑक्साइड) होती है। यह बोरोसिलिकेट ग्लास परत बाद की प्रक्रियाओं पर प्रतिकूल प्रभाव डालती है और PN जंक्शन रिसाव का कारण बन सकती है, इसलिए डोपिंग के बाद रासायनिक नक़्क़ाशी और सफाई आवश्यक है। क्षारीय नक़्क़ाशी से पहले, एक इनलाइन सिंगल-साइड HF प्रक्रिया पिछले और किनारे के BSG को हटा देती है, जबकि सामने का BSG क्षारीय नक़्क़ाशी के दौरान मास्क के रूप में संरक्षित रहता है ताकि सामने की संरचना की रक्षा हो सके।

वेफर पहले इनलाइन HF सफाई उपकरण में प्रवेश करता है, जहाँ लगभग 60% HF पिछले BSG को घोल में घोल देता है जबकि एक पानी की फिल्म सामने के BSG की रक्षा करती है, इसके बाद लगभग 0.5 मिनट शुद्ध पानी से धुलाई होती है। अनुक्रम में शामिल हैं: SiO2 की हाइड्रोफिलिसिटी का उपयोग करके पानी की फिल्म लगाना ताकि सामने के BSG की रक्षा हो सके; पिछले और किनारे के BSG की HF नक़्क़ाशी; संभावित रूप से दूषित पानी की फिल्म को ताज़ा करने के लिए पानी की बंदूक चरण; अवशिष्ट HF हटाने के लिए पानी से धुलाई; अवशिष्ट अशुद्धता आयनों को हटाने के लिए एसिड सफाई; और सामने की पानी की फिल्म को सुखाना।

क्षारीय नक़्क़ाशी

क्षारीय नक़्क़ाशी का उद्देश्य पिछले हिस्से और किनारों पर PN जंक्शन को हटाना है ताकि रिसाव को रोका जा सके, और पिछले पैसिवेशन की तैयारी के लिए एक समान, साफ पिछला आकार बनाना है।

दो मुख्य दृष्टिकोण हैं। द्वितीयक टेक्सचरिंग सिद्धांत में पहली टेक्सचरिंग के समान है, लेकिन योजक को BSG और क्षार के बीच प्रतिक्रिया दर को कम करना चाहिए। क्षारीय पॉलिशिंग उच्च सांद्रता वाले क्षार और योजक का उपयोग करती है ताकि क्षार-सिलिकॉन प्रतिक्रिया को तेज किया जा सके, अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी विशेषता को कमजोर किया जा सके और एक अत्यधिक परावर्तक पॉलिश आकार बनाया जा सके। क्षारीय नक़्क़ाशी योजक सामने के BSG की रक्षा करता है, क्षार के साथ इसकी प्रतिक्रिया दर को कम करता है ताकि अत्यधिक नक़्क़ाशी को रोका जा सके, BSG को बाद के चरणों के लिए मास्क के रूप में रखता है, हाइड्रोजन बुलबुले छोड़ने के लिए सतह तनाव कम करता है, गीलापन में सुधार करता है और न्यूक्लियेशन घनत्व बढ़ाता है।

4. जमाव और कोटिंग

इस चरण में टनल ऑक्साइड (TOX), पॉली-Si परत और मास्क जमा किए जाते हैं। जमाव मुख्य रूप से वैक्यूम वाष्प चरण में होता है और इसे भौतिक वाष्प जमाव (PVD), रासायनिक वाष्प जमाव (CVD) और परमाणु परत जमाव (ALD) में विभाजित किया जा सकता है। PVD एक सामग्री स्रोत को परमाणुओं, अणुओं या आयनों में वाष्पीकृत करता है और इसे कम दबाव में सब्सट्रेट पर जमा करता है; CVD सब्सट्रेट पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से जमा उत्पन्न करता है; और ALD सामग्री को एकल परमाणु परतों के रूप में परत दर परत जमा करता है।

टनल ऑक्साइड परत (TOX)

टनल ऑक्साइड परत क्वांटम टनलिंग प्रभाव पर आधारित है, जो अति-पतली ऑक्साइड (आमतौर पर 1-2nm) को अवरोधक के रूप में उपयोग करती है। n-प्रकार सिलिकॉन सब्सट्रेट और डोप्ड पॉली-Si परत के बीच, यह वाहक-चयनात्मक परिवहन को सक्षम बनाती है: इलेक्ट्रॉन (बहुसंख्यक वाहक) ऑक्साइड के माध्यम से पॉली-Si परत में टनल करते हैं, जबकि छिद्र (अल्पसंख्यक वाहक) उच्च अवरोध ऊंचाई (लगभग 4.5-4.8eV) का सामना करते हैं और अवरुद्ध हो जाते हैं। यह बैंड झुकाव और क्षेत्र-प्रभाव निष्क्रियता भी बनाता है, जहां डोप्ड पॉली-Si और सब्सट्रेट के बीच कार्य फलन अंतर इंटरफेस ऊर्जा बैंड को मोड़ता है और एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बनाता है जो बहुसंख्यक वाहकों को बढ़ाता है और अल्पसंख्यक वाहकों को प्रतिकर्षित करता है, जिससे इंटरफेस पुनर्संयोजन और कम होता है।

ऑक्साइड को थर्मल ऑक्सीकरण (LPCVD के साथ संगत) या PECVD, PEALD और थर्मल ऑक्सीकरण (PECVD के साथ संगत) द्वारा तैयार किया जा सकता है। फिल्म घनत्व के संदर्भ में, PEALD सबसे अच्छा निष्क्रियता देता है लेकिन उच्च उपकरण लागत पर, जबकि थर्मल ऑक्सीकरण और PECVD बेहतर आर्थिकता प्रदान करते हैं। ALD आमतौर पर लगभग 0.7nm देता है, थर्मल ऑक्सीकरण लगभग 1.3nm, और टनलिंग तंत्र आमतौर पर 1.6nm से कम मोटाई पर प्राप्त होता है। LPCVD अधिक परिपक्व है, जिसमें सरल नियंत्रण और उच्च फिल्म गुणवत्ता जैसे फायदे हैं, लेकिन यह सामने के किनारे पर एक लपेटा हुआ डोप्ड पॉली-Si परत बनाता है जिसे साफ करना पड़ता है, और फिल्म दर धीमी होती है। PECVD पॉली-Si एक नई तकनीक है जिसमें तेज जमाव, इन-सीटू डोपिंग और कम लपेटना है, लेकिन इसकी परिपक्वता में अभी सुधार की आवश्यकता है और यह धूल, उच्च हाइड्रोजन सामग्री और उच्च तापमान एनीलिंग के दौरान बुलबुले के गठन से पीड़ित हो सकती है।

पॉली-Si परत

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (पॉली) अनगिनत छोटे सिलिकॉन कणों से बना होता है, जिसमें कण आकार आमतौर पर दसियों से सैकड़ों नैनोमीटर तक होते हैं और उनके बीच अनाज सीमाएं होती हैं। पॉली-Si परत आमतौर पर फॉस्फोरस-डोप्ड होती है जो उच्च डोप्ड n-प्रकार पॉली-Si बनाती है, चालकता में सुधार करती है, वाहक-चयनात्मक परिवहन को सक्षम बनाती है और सब्सट्रेट के साथ अच्छा ओमिक संपर्क बनाती है।

पॉली-सी तैयारी में निक्षेपण और डोपिंग दोनों शामिल हैं। निक्षेपण मुख्य रूप से LPCVD या PECVD का उपयोग करता है जिसकी मोटाई लगभग 100-150nm होती है; अनाकार फिल्म एनीलिंग के दौरान क्रिस्टलीयता बदलती है, सूक्ष्म-क्रिस्टलीय-अनाकार मिश्रित चरण से पॉलीक्रिस्टलाइन में परिवर्तित होती है और पैसिवेशन को सक्रिय करती है। डोपिंग के लिए, LPCVD आमतौर पर पहले एक आंतरिक पॉली-सी परत जमा करता है और फिर डिफ्यूजन फर्नेस या आयन इम्प्लांटेशन (एक्स-सीटू डोपिंग) के माध्यम से फॉस्फोरस डोपिंग पूरी करता है, क्योंकि धीमी LPCVD निक्षेपण के दौरान डोपिंग इसे और धीमा कर देगी। PECVD में उच्च फिल्म दक्षता होती है और कोटिंग के दौरान फॉस्फोरस डोपिंग (इन-सीटू डोपिंग) पूरी कर सकता है। LPCVD, पॉली-सी के लिए मुख्यधारा तकनीक, सिलेन (SiH4) को थर्मल रूप से विघटित करके सिलिकॉन परमाणुओं में बदलने का काम करती है जो फिल्म में जमा होते हैं। ध्यान दें कि मोटा पॉली-सी अधिक गंभीर FCA (परजीवी) हानि और अधिक शॉर्ट-सर्किट करंट हानि का कारण बनता है, और उच्च फॉस्फोरस डोपिंग FCA अवशोषण और करंट हानि को बढ़ाती है।

मास्क परत

मास्क परत आमतौर पर पॉली-सी निक्षेपण के बाद उगाई गई लगभग 10nm मोटी SiO2 फिल्म होती है जो पिछली संरचना की रक्षा करती है, मुख्य रूप से बाद की गीली प्रक्रियाओं को पॉली-सी परत को नक़्क़ाशी करने से रोकती है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि टैंक-प्रकार के गीले उपकरण में पिछली संरचना क्षतिग्रस्त न हो, पॉली प्रक्रिया के बाद सिलेन और नाइट्रस ऑक्साइड का उपयोग करके पिछली सतह पर एक SiOx मास्क (लगभग 10nm) उगाया जाता है (ध्यान दें: सिलेन और ऑक्सीजन गैर-वैक्यूम वातावरण में विस्फोट का जोखिम रखते हैं)।

प्रक्रिया चरण हैं: वैक्यूम प्रीहीटिंग वेफर को आवश्यक तापमान पर लाने के लिए; आंतरिक सिलिकॉन स्रोत का पूर्व-निक्षेपण (केवल गैस, कोई RF नहीं, ट्यूब को समान रूप से भरने और दबाव स्थिर करने के लिए); आंतरिक सिलिकॉन स्रोत का निक्षेपण (RF चालू, एक अडॉप्ड फिल्म जमा करने के लिए जो डोप्ड पॉली से फॉस्फोरस को रोकती और बफर करती है); डोप्ड सिलिकॉन स्रोत का पूर्व-निक्षेपण (केवल गैस); डोप्ड सिलिकॉन स्रोत का निक्षेपण (RF चालू, फॉस्फोरस-डोप्ड पॉली फिल्म जमा करने के लिए); PECVD SiOx द्वारा ऑक्साइड मास्क गठन; और N2/Ar शुद्धिकरण SiH4 और N2O को ट्यूब से बाहर धकेलने के लिए ताकि फर्नेस दरवाजा खोलते समय दहन को रोका जा सके।

5. एनीलिंग

एनीलिंग का उद्देश्य PECVD द्वारा उगाई गई अनाकार सिलिकॉन को पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में परिवर्तित करना, फॉस्फोरस परमाणुओं को सक्रिय करना और जंक्शन गहराई को आगे बढ़ाना, और पिनहोल बनाना है। प्रक्रिया BN2 (बोरॉन नाइट्राइड) का परिचय देती है और धीरे-धीरे 890-920°C तक गर्म करती है, जहां BN2 उच्च तापमान पर अंदर प्रवेश करता है ताकि पॉली फिल्म में फॉस्फोरस परमाणुओं को सक्रिय किया जा सके और प्रभावी डोपिंग बनाई जा सके।

एनीलिंग और TOX के बीच एक संबंध है: टनल ऑक्साइड अपरिवर्तित रहने पर, एनीलिंग तापमान बढ़ाने से अधिक पिनहोल और इन-डिफ्यूजन उत्पन्न होते हैं, जिससे संपर्क प्रतिरोधकता कम होती है और FF में सुधार होता है, जबकि पैसिवेशन आवश्यकताएं अभी भी पूरी होती हैं; समान एनीलिंग तापमान पर, मोटा टनल ऑक्साइड अधिक पिनहोल और इन-डिफ्यूजन तथा उच्च संतृप्ति धारा उत्पन्न करता है।

6. PSG निष्कासन और RCA सफाई

PEALD द्वारा n+-पॉली-Si फिल्म जमा करने के दौरान, वेफर के अग्र भाग पर एक स्थानीय n+-पॉली परत बनती है, जो एक पतली Mask (SiOx) फिल्म से ढकी होती है। सिंगल-साइड HF SiOx को हटाता है, फिर एक क्षारीय स्नान अग्र भाग के n+-पॉली-Si को हटाता है। वेफर सुखाने से पहले रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए क्रमिक रूप से एचिंग टैंक, क्षारीय टैंक और सफाई टैंक से गुजरता है।

RCA का उद्देश्य रैप-अराउंड प्लेटिंग को हटाना और किनारे के रिसाव को रोकने के लिए एज एचिंग करना है, तथा अग्र और पश्च भाग के BSG और मास्क को हटाकर वेफर को साफ करना और उसे निर्जलित करना है, ताकि अग्र और पश्च पैसिवेशन फिल्मों के लिए तैयारी हो सके। चूंकि पॉली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन है, रैप-अराउंड हटाने के लिए उच्च सांद्रता वाले क्षार और योजकों के साथ क्षारीय पॉलिशिंग का उपयोग किया जाता है।

RCA योजक अकार्बनिक पदार्थों और अवशिष्ट उत्पादों को साफ करते हैं ताकि सतह की गीलापन में सुधार हो, प्रतिक्रिया उत्प्रेरक के रूप में कार्य करके OH- के सिलिकॉन के साथ बंधन को तेज करते हैं और रैप-अराउंड तथा एज एचिंग को गति देते हैं, तथा सिलिकॉन डाइऑक्साइड की क्षार एचिंग दर को कम करके अग्र BSG और पश्च मास्क को अत्यधिक एचिंग से बचाते हैं।

प्रक्रिया चरण हैं: N2 एनीलिंग के बाद अग्र और किनारों पर बने PSG को हटाने के लिए इनलाइन HF, जबकि पश्च PSG को पश्च पॉली की सुरक्षा के लिए बनाए रखना; अतिरिक्त अग्र और किनारे के पॉली को हटाने के लिए NaOH और योजक के साथ क्षारीय पॉलिशिंग; अवशिष्ट योजकों और अशुद्धियों को हटाने के लिए क्षारीय धुलाई; अवशिष्ट क्षार को बेअसर करने और धातु आयनों को हटाने के लिए अम्ल सफाई; पानी के दाग को रोकने के लिए रोबोट के साथ कमरे के तापमान के विआयनीकृत पानी का उपयोग करके धीमी निकासी; और वेफर और कैरियर पर अवशिष्ट तरल को रोकने के लिए 90°C पर सुखाना।

7. ALD (परमाणु परत जमाव)

परमाणु परत जमाव (ALD) सब्सट्रेट पर सामग्री को एकल परमाणु परतों के रूप में लेपित करता है और इसकी स्व-सीमित प्रकृति द्वारा विशेषता है, जो ALD की नींव है। समय या स्थानिक अंतराल के माध्यम से, सब्सट्रेट को वैकल्पिक रूप से विभिन्न अग्रदूतों के संपर्क में लाया जाता है। जब सब्सट्रेट अग्रदूत A के वातावरण में होता है, तो A सतह पर रासायनिक रूप से अधिशोषित हो जाता है जब तक कि संतृप्ति न हो जाए, फिर रुक जाता है; जब अग्रदूत B के संपर्क में आता है, तो B पहले से अधिशोषित A के साथ प्रतिक्रिया करता है, उप-उत्पाद उत्पन्न करता है जब तक कि पहला अग्रदूत पूरी तरह से खपत न हो जाए और प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से बंद न हो जाए, जिससे आवश्यक परमाणु परत बनती है। ALD इस प्रतिक्रिया को दोहराकर वांछित फिल्म का निर्माण करता है।

वेफर के पिछले हिस्से पर, AlOx पैसिवेशन पिछली सतह के पुनर्संयोजन दर को कम करता है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड वेफर सतह पर एल्यूमीनियम ऑक्साइड और सिलिकॉन ऑक्साइड के बीच इंटरफेस पर स्थित निश्चित नकारात्मक चार्ज रखता है; यह उच्च-घनत्व नकारात्मक चार्ज प्रभावी क्षेत्र पैसिवेशन सुनिश्चित करता है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड उत्कृष्ट रासायनिक पैसिवेशन भी प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन सतह पर लटकते बंधनों को संतृप्त करता है और इंटरफेस राज्य घनत्व को कम करता है।

प्रक्रिया चरण हैं: पूर्व-जमाव (केवल गैस, कोई RF नहीं, ट्यूब को समान रूप से भरना और दबाव स्थिर करना, गैस की बर्बादी और सुरक्षा खतरों से बचने के लिए कम समय रखा जाता है); जमाव (RF चालू, TMA के साथ प्लाज्मा बनता है जो सतह के साथ प्रतिक्रिया करके AlOx बनाता है, फिर अक्रिय गैस शुद्धिकरण, 40 चक्रों के लिए दोहराया जाता है); और Ar शुद्धिकरण TMA और O2 को ट्यूब से बाहर धकेलने के लिए ताकि भट्ठी का दरवाजा खोलते समय TMA के दहन को रोका जा सके।

8. आगे और पीछे सिलिकॉन नाइट्राइड (SiNx)

SiNx कोटिंग कई उद्देश्यों को पूरा करती है। यह सेल की सतह की रक्षा करती है, क्योंकि सिलिकॉन नाइट्राइड में बहुत उच्च शक्ति होती है जो 1200°C तक सहन करती है, लगभग सभी अकार्बनिक एसिड और 30% से कम NaOH के खिलाफ उत्कृष्ट रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध होता है, और यह एक उच्च-प्रदर्शन विद्युत इन्सुलेटर है। यह विरोधी-परावर्तन प्रदान करता है, हवा में 1.96 के इष्टतम एकल-परत अपवर्तक सूचकांक के साथ; सिलिकॉन सामग्री बढ़ाने से सतह पैसिवेशन मजबूत होता है, और साहित्य 2.3 के अपवर्तक सूचकांक पर सतह पुनर्संयोजन वेग 20cm/s से नीचे गिरने की रिपोर्ट करता है, 2.1 और 2.3 के बीच सबसे अच्छा थोक पैसिवेशन के साथ। यह अपनी घनी संरचना के माध्यम से ऑक्सीकरण को भी रोकता है। TOPCon सामने एमिटर पैसिवेशन मुख्य रूप से एल्यूमीनियम ऑक्साइड प्लस SiNx:H फिल्म का उपयोग करता है, जबकि पीछे पैसिवेशन मुख्य रूप से पॉली-Si का उपयोग करता है।

SiNx पैसिवेशन तंत्र दो तरह से काम करता है। रासायनिक पैसिवेशन सतह पर लटकते बंधों (डैंगलिंग बॉन्ड्स) को कम करके इंटरफेस दोष घनत्व को घटाता है, या तो एक सतह परत उगाकर जो परमाणुओं को लटकते बंधों को संतृप्त करने के लिए पर्याप्त समय और ऊर्जा देती है, या हाइड्रोजन-समृद्ध डाइइलेक्ट्रिक फिल्म जमा करके और सिंटरिंग के दौरान हाइड्रोजन छोड़कर ताकि यह लटकते बंधों से जुड़ जाए। फील्ड-इफेक्ट पैसिवेशन सतह के पास एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करके सतह तक पहुंचने वाले अल्पसंख्यक वाहकों की संख्या कम करता है जो समान ध्रुवता के वाहकों को प्रतिकर्षित करता है, यह उच्च सतह डोपिंग सांद्रता को कम करके या उच्च निश्चित आवेश वाली डाइइलेक्ट्रिक परत जोड़कर प्राप्त किया जाता है।

SiNx प्रक्रिया चरण हैं: पूर्व-निक्षेपण (केवल गैस, बिना RF, ट्यूब भरना और दबाव स्थिर करना); निक्षेपण 1-2-3 (RF चालू, SiH4 और NH3 प्रवेश कराकर तीन SiNx परतें बनाना जिनमें Si-N अनुपात धीरे-धीरे घटता है, क्योंकि उच्च Si-N अनुपात उच्च अपवर्तनांक देता है); निक्षेपण 4 (RF चालू, SiH4, O2 और NH3 से SiONx परत बनाना); निक्षेपण 5 (RF चालू, SiH4 और O2 से SiO2 परत बनाना); और लाइनों और ट्यूब का N2 शुद्धिकरण ताकि प्रतिक्रियाशील गैस निकल जाए और भट्टी का दरवाजा खोलते समय SiH4 विस्फोट को रोका जा सके।

9. स्क्रीन प्रिंटिंग (मेटलाइज़ेशन)

टेक्सचरिंग, डिफ्यूज़न और कोटिंग के बाद PN जंक्शन और पैसिवेशन पूरा हो जाता है, सेल प्रकाश के तहत करंट उत्पन्न कर सकता है। इस करंट को निकालने और एकत्र करने के लिए, सेल की सतह पर आगे और पीछे के इलेक्ट्रोड मुद्रित किए जाते हैं, आमतौर पर स्क्रीन प्रिंटिंग, सुखाने और सिंटरिंग के माध्यम से।

स्क्रीन प्रिंटिंग प्रणाली में पांच तत्व होते हैं: स्क्वीजी, स्याही (पेस्ट), स्क्रीन, सब्सट्रेट (वेफर) और प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म। उपयुक्त पेस्ट प्रिंटिंग प्रदर्शन (चिपचिपापन, कतरनी-पतला करने की क्षमता) बड़े पैमाने पर मास प्रिंटिंग के लिए पूर्वापेक्षा है, और स्क्रीन मेश काउंट, तार व्यास और डिज़ाइन की गई लाइन चौड़ाई काफी हद तक मुद्रित आकृति निर्धारित करती है। संचालन में, पेस्ट पैटर्न वाले मेश ओपनिंग से गुजरता है, और एक स्क्वीजी स्क्रीन पर चलते हुए दबाव लागू करती है, पेस्ट को पैटर्न ओपनिंग से वेफर पर दबाती है। पेस्ट की चिपचिपाहट इसे सीमा के भीतर चिपकाए रखती है, और स्क्वीजी स्क्रीन और सब्सट्रेट के साथ रैखिक संपर्क बनाए रखती है, संपर्क रेखा स्क्वीजी के साथ चलती है और प्रिंट स्ट्रोक पूरा करती है।

पेस्ट को बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उत्कृष्ट मुद्रणीयता, कम संपर्क प्रतिरोधकता और उच्च FF के लिए एमिटर के साथ अच्छा ओमिक संपर्क, धातुकरण-प्रेरित Voc हानि को सीमित करने के लिए एमिटर को न्यूनतम क्षति, और धारा हानि को कम करने के लिए सबसे कम संभव बल्क प्रतिरोधकता प्रदान करनी चाहिए। प्रक्रिया चरण हैं: पेस्ट में कार्बनिक पदार्थों को वाष्पित करने के लिए सुखाना; ग्लास फ्रिट को पिघलाने, चांदी के कणों को घोलने और पैसिवेशन परत को खोलने के लिए पूर्व-सिंटरिंग; ग्लास में अधिक धातु घोलने और इसे एक साथ बांधने के लिए सिंटरिंग; और ठंडा करना ताकि ग्लास में घुली धातु सतह पर अवक्षेपित हो, जिससे धातु और अर्धचालक के बीच ओमिक संपर्क बने।

निष्कर्ष

TOPCon निर्माण प्रक्रिया टेक्सचरिंग, डोपिंग, पैसिवेशन, डिपोजिशन, एनीलिंग और मेटलाइजेशन चरणों का एक सटीक अनुक्रम है, जिनमें से प्रत्येक को उच्च रूपांतरण दक्षता के लिए वाहक चयनात्मकता को अधिकतम करने और पुनर्संयोजन को कम करने के लिए इंजीनियर किया गया है।

ooitech का दृष्टिकोण: ooitech का मानना है कि TOPCon की उच्च दक्षता टनल ऑक्साइड और पैसिवेटेड संपर्क प्रौद्योगिकी के तालमेल से आती है, जहां प्रत्येक सफाई, डिपोजिशन और एनीलिंग चरण वाहक चयनात्मकता और सतह पैसिवेशन की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए एक साथ काम करते हैं।

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