TOPCon सौर सेल निर्माण प्रक्रिया: एक पूर्ण चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका

परिचय

मोनोक्रिस्टलाइन N-टाइप TOPCon सौर सेल फोटोवोल्टिक उद्योग में सबसे आशाजनक उच्च-दक्षता प्रौद्योगिकियों में से एक बन गए हैं। उनके उत्पादन में सावधानीपूर्वक नियंत्रित चरणों की एक लंबी श्रृंखला शामिल है, जिसमें टेक्सचरिंग, बोरॉन डिफ्यूजन, लेजर SE, एनीलिंग, क्षारीय पॉलिशिंग, PE-पॉली, एनीलिंग, RCA सफाई, कोटिंग, मेटलाइजेशन और अंतिम परीक्षण और छंटाई शामिल हैं। इस लेख में, हम प्रत्येक मुख्य प्रक्रिया चरण के माध्यम से चलते हैं और समझाते हैं कि यह क्यों मायने रखता है।

1. टेक्सचरिंग (TEX)

टेक्सचरिंग का उद्देश्य

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

गीला नक़्क़ाशी आज मुख्यधारा की टेक्सचरिंग प्रक्रिया है। वेफर की सतह पर धातु आयन, क्षति परत और अन्य संदूषण पुनर्संयोजन केंद्र के रूप में कार्य करते हैं। चूंकि अलग किए गए इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को वेफर की 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 एनिसोट्रोपिक एचिंग गुण पर निर्भर करती है, जहां कम सांद्रता वाला क्षार और योजक विभिन्न क्रिस्टल ओरिएंटेशन को अलग-अलग दरों पर एच करते हैं। (110) और (100) तलों पर एच दर (111) तल की तुलना में कहीं अधिक होती है। एक निश्चित एचिंग समय के बाद, मोनोक्रिस्टलाइन वेफर की सतह पर (111) तलों से बनी चार "पिरामिड" संरचनाएं बची रहती हैं।

क्रिस्टल तलों में परमाणु व्यवस्था भिन्न होती है, जिसके कारण एच दरें भिन्न होती हैं:

• (100) तल: अपेक्षाकृत ढीली परमाणु व्यवस्था जिसमें अधिक रासायनिक बंध उजागर होते हैं, जिससे एच दर सबसे तेज होती है।

• (110) तल: परमाणु घनत्व (100) और (111) के बीच होता है, जिसमें एच दर (100) से तेज लेकिन थोड़ी कम होती है।

• (111) तल: सबसे कसकर पैक की गई परमाणु व्यवस्था, जिसमें रासायनिक बंधों पर हमला करना कठिन होता है, जिससे एच दर सबसे धीमी होती है।

टेक्सचरिंग योजकों की भूमिका

योजक सिलिकॉन के सतह तनाव को 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, योजक के गुणों का टेक्सचर्ड पिरामिड सतह पर सबसे सीधा प्रभाव पड़ता है।

प्रक्रिया प्रवाह

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

2. बोरॉन डिफ्यूजन (B Diff)

उद्देश्य

उच्च तापमान पर, बोरॉन परमाणु N-प्रकार के वेफर की सतह में फैल जाते हैं और एक PN जंक्शन बनाते हैं। PN जंक्शन का आंतरिक क्षेत्र फोटो-जनित वाहकों को बाहरी रूप से करंट आउटपुट करने के लिए अलग करता है। P-प्रकार के वेफर, उच्च छिद्र सांद्रता के साथ, जंक्शन निर्माण के लिए फॉस्फोरस डोपिंग का उपयोग करते हैं; N-प्रकार के 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 अभिक्रिया करके B2O3 बनाता है, जो नाइट्रोजन वाहक गैस के साथ वेफर सतह पर जमा होता है और Si के साथ अभिक्रिया करके बोरॉन परमाणु उत्पन्न करता है, जिससे बोरोसिलिकेट ग्लास (BSG) परत बनती है। फिर बोरॉन परमाणु वेफर में विसरित होकर PN जंक्शन बनाते हैं। BCl3 एक रंगहीन धूम्रकारी 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, जो जंक्शन निर्माण चरण में उपकरण और उत्पादन लागत बढ़ाता 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 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 बिना बाहरी अशुद्धियों के धकेलता है; यहां सतह 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; तापमान बनाए रखते हुए दबाव को और कम करना; निम्न दबाव के तहत रिसाव का पता लगाना; अगले प्रसार चरण को धीमा करने और बोरॉन प्रसार को अधिक समान बनाने के लिए 1nm SiO2 परत बनाने के लिए पूर्व-ऑक्सीकरण; सक्रिय पूर्व-निक्षेपण और निष्क्रिय ड्राइव-इन के लिए बोरॉन स्रोत प्रस्तुत 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 N2 के साथ वैक्यूम तोड़कर वायुमंडलीय दबाव बहाल करना।

3. BSG निष्कासन और क्षारीय नक़्क़ाशी

BSG निष्कासन

बोरॉन प्रसार के बाद, वेफर के पीछे 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 की आवश्यकता होती है। क्षारीय नक़्क़ाशी से पहले, एक इनलाइन सिंगल-साइड HF प्रक्रिया पीछे और किनारों के BSG को हटाती 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 पीछे के BSG को घोल में घोलता है जबकि एक पानी की फिल्म सामने के BSG की रक्षा करती है, इसके बाद लगभग 0.5 मिनट तक शुद्ध पानी से धुलाई होती है। अनुक्रम में शामिल है: SiO2 की हाइड्रोफिलिसिटी का उपयोग करके पानी की फिल्म लगाना ताकि सामने के BSG की रक्षा हो सके; पीछे और किनारों के BSG की HF नक़्क़ाशी; संभावित रूप से दूषित पानी की फिल्म को ताज़ा करने के लिए पानी की बंदूक का चरण; अवशिष्ट HF हटाने के लिए पानी से धुलाई; अवशिष्ट अशुद्धि आयनों को हटाने के लिए एसिड सफाई; और सामने की पानी की फिल्म को सुखाना।

क्षारीय नक़्क़ाशी

क्षारीय नक़्क़ाशी का उद्देश्य पीछे और किनारों पर PN जंक्शन को हटाना है ताकि रिसाव को रोका जा सके, और पीछे की पैसिवेशन की तैयारी में एक समान, साफ पीछे की आकृति 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 उच्च परावर्तक पॉलिश आकृति बनाई 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 को कम करता है, गीलापन में सुधार करता है और न्यूक्लिएशन घनत्व बढ़ाता है।

4. निक्षेपण और कोटिंग

इस चरण में टनल ऑक्साइड (TOX), पॉली-Si परत और मास्क का निक्षेपण होता है। निक्षेपण मुख्य रूप से वैक्यूम वाष्प चरण में होता है और इसे भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD), रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) और परमाणु परत निक्षेपण (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 निक्षेप 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 एक अति-पतली ऑक्साइड (आमतौर पर 1-2nm) को अवरोध के रूप में उपयोग करती है। n-प्रकार सिलिकॉन सब्सट्रेट और डोप्ड पॉली-Si परत के बीच, यह वाहक-चयनात्मक परिवहन सक्षम करती 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 बेंडिंग और फील्ड-इफेक्ट पैसिवेशन 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 पैसिवेशन देता है लेकिन उच्च उपकरण लागत पर, जबकि थर्मल ऑक्सीकरण और PECVD बेहतर अर्थव्यवस्था प्रदान करते हैं। ALD आमतौर पर लगभग 0.7nm, थर्मल ऑक्सीकरण लगभग 1.3nm देता है, 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 लाभ हैं, लेकिन सामने के किनारे पर एक रैप-अराउंड डोप्ड पॉली-Si परत बनाता है जिसे साफ करना होता है, और फिल्म दर धीमी होती है। PECVD पॉली-Si एक नई तकनीक है जिसमें तेज जमाव, इन-सीटू डोपिंग और कम रैप-अराउंड है, लेकिन इसकी परिपक्वता में अभी भी सुधार की आवश्यकता है और यह धूल, उच्च हाइड्रोजन सामग्री और उच्च तापमान एनीलिंग के दौरान बुलबुले बनने से ग्रस्त हो सकता है।

पॉली-Si परत

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (पॉली) अनगिनत छोटे सिलिकॉन अनाजों से बना होता है, जिनका अनाज का आकार आमतौर पर दसियों से सैकड़ों नैनोमीटर तक होता है और उनके बीच अनाज की 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 सक्षम करती है और सब्सट्रेट के साथ अच्छा ओमिक संपर्क बनाती है।

पॉली-Si 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, माइक्रोक्रिस्टलाइन-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-Si 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 यह कोटिंग के दौरान फॉस्फोरस डोपिंग (इन-सीटू डोपिंग) पूरी कर सकता है। LPCVD, पॉली-Si के लिए मुख्यधारा तकनीक है, जो सिलेन (SiH4) को थर्मल रूप से विघटित करके सिलिकॉन परमाणुओं में बदलती है जो एक फिल्म में जमा होते हैं। ध्यान दें कि मोटा पॉली-Si 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-Si निक्षेपण के बाद उगाई गई लगभग 10nm मोटी SiO2 फिल्म होती है जो पीछे की संरचना की रक्षा करती है, मुख्य रूप से बाद की गीली प्रक्रियाओं को पॉली-Si परत को एचिंग करने से रोकती है। टैंक-प्रकार के गीले उपकरणों में पीछे की संरचना को क्षतिग्रस्त न होने देने के लिए, पॉली प्रक्रिया के बाद सिलेन और नाइट्रस ऑक्साइड का उपयोग करके पीछे की सतह पर एक SiOx मास्क (लगभग 10nm) उगाया जाता है (ध्यान दें: गैर-वैक्यूम वातावरण में सिलेन और ऑक्सीजन में विस्फोट का जोखिम होता है)।

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 अवरुद्ध 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 निर्माण; और N2/Ar पर्जिंग SiH4 और N2O को ट्यूब से बाहर धकेलने के लिए ताकि फर्नेस का दरवाजा खोलने पर 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 संचालित होता 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 को अपरिवर्तित रखते हुए, एनीलिंग तापमान बढ़ाने से अधिक पिनहोल और इन-डिफ्यूजन उत्पन्न होते हैं, संपर्क प्रतिरोधकता कम होती है और FF में सुधार होता है जबकि पैसिवेशन आवश्यकताएं 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+-poly-Si फिल्म जमाव के दौरान, वेफर के सामने एक स्थानीय n+-poly परत बनती है, जो एक पतली Mask (SiOx) फिल्म से ढकी होती है। सिंगल-साइड HF SiOx को हटाता है, फिर एक क्षारीय स्नान सामने के n+-poly-Si को हटाता है। वेफर सुखाने से पहले रासायनिक अभिक्रियाओं 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, और सामने और पीछे के BSG और मास्क को हटाकर वेफर को साफ करना और इसे निर्जलित करना है ताकि सामने और पीछे की पैसिवेशन फिल्मों के लिए तैयार किया जा सके। चूंकि पॉली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन है, रैप-अराउंड हटाने के लिए उच्च सांद्रता वाले क्षार और योजक के साथ क्षारीय पॉलिशिंग का उपयोग किया जाता है।

RCA योजक अकार्बनिक पदार्थों और अवशिष्ट उत्पादों को साफ करते हैं ताकि सतह के गीलेपन में सुधार हो, OH- के सिलिकॉन के साथ बंधन को तेज करने और रैप-अराउंड और एज एचिंग को गति देने के लिए अभिक्रिया उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं, और सिलिकॉन डाइऑक्साइड की क्षार एचिंग दर को कम करते हैं ताकि सामने के BSG और पीछे के मास्क को अत्यधिक एचिंग से बचाया जा सके।

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

7. ALD (परमाणु परत जमाव)

परमाणु परत निक्षेपण (ALD) सब्सट्रेट पर एकल परमाणु परतों के रूप में सामग्री को कोट करता है और इसकी स्व-सीमित प्रकृति द्वारा विशेषता है, जो ALD का आधार है। समय या स्थानिक अंतराल के माध्यम से, सब्सट्रेट को बारी-बारी से विभिन्न अग्रदूतों के संपर्क में लाया जाता है। जब सब्सट्रेट अग्रदूत A के वातावरण में होता है, तो A संतृप्ति तक सतह पर रासायनिक रूप से अधिशोषित होता है, फिर रुक जाता है; जब अग्रदूत B के संपर्क में आता है, तो B पहले से अधिशोषित A के साथ प्रतिक्रिया करता है, उपोत्पाद उत्पन्न करता है जब तक कि पहला अग्रदूत पूरी तरह से समाप्त नहीं हो जाता और प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से बंद नहीं हो जाती, आवश्यक परमाणु परत बनाती है। ALD वांछित फिल्म बनाने के लिए इस प्रतिक्रिया को दोहराता है।

वेफर के पिछले भाग पर, AlOx पैसिवेशन पिछली सतह के पुनर्संयोजन दर को कम करता है। एल्युमिनियम ऑक्साइड में वेफर सतह पर एल्युमिनियम ऑक्साइड और सिलिकॉन ऑक्साइड के बीच इंटरफेस पर स्थित निश्चित ऋणात्मक आवेश होते हैं; यह उच्च-घनत्व ऋणात्मक आवेश प्रभावी क्षेत्र पैसिवेशन सुनिश्चित करता है। एल्युमिनियम ऑक्साइड उत्कृष्ट रासायनिक पैसिवेशन भी प्रदान करता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन सतह पर लटकते बंधनों को संतृप्त करता है और इंटरफेस अवस्था घनत्व को कम करता है।

प्रक्रिया चरण हैं: पूर्व-निक्षेपण (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 छोटा रखा जाता है); निक्षेपण (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 निकालने के लिए ताकि भट्ठी का दरवाजा खोलने पर TMA के दहन को रोका जा सके।

8. अग्र और पश्च सिलिकॉन नाइट्राइड (SiNx)

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

SiNx पैसिवेशन तंत्र दो तरीकों से काम करता है। रासायनिक पैसिवेशन डैंगलिंग बॉन्ड को कम करके इंटरफ़ेस दोष घनत्व को कम करता है, या तो एक सतह परत उगाकर जो परमाणुओं को डैंगलिंग बॉन्ड को संतृप्त करने के लिए पर्याप्त समय और ऊर्जा देती है, या हाइड्रोजन-समृद्ध डाइइलेक्ट्रिक फिल्म जमा करके और सिंटरिंग के दौरान हाइड्रोजन छोड़ती है ताकि यह डैंगलिंग बॉन्ड से बंध जाए। फील्ड-इफेक्ट पैसिवेशन सतह के पास एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करके सतह तक पहुंचने वाले अल्पसंख्यक वाहकों की संख्या को कम करता है जो समान ध्रुवता के वाहकों को पीछे हटाता है, जो उच्च सतह डोपिंग सांद्रता को कम करके या उच्च निश्चित चार्ज वाली डाइइलेक्ट्रिक परत जोड़कर प्राप्त किया जाता है।

SiNx प्रक्रिया चरण हैं: पूर्व-निक्षेपण (केवल गैस, कोई RF नहीं, 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 कम होता 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 N2 से लाइनों और ट्यूब को शुद्ध करना ताकि प्रतिक्रियाशील गैस हट जाए और भट्टी का दरवाजा खोलने पर SiH4 विस्फोट को रोका जा सके।

9. स्क्रीन प्रिंटिंग (मेटलाइज़ेशन)

टेक्सचरिंग, डिफ्यूज़न और कोटिंग द्वारा PN जंक्शन और पैसिवेशन पूरा होने के बाद, 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 सिस्टम में पाँच तत्व होते हैं: स्क्वीजी, स्याही (पेस्ट), स्क्रीन, सब्सट्रेट (वेफर) और प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म। उपयुक्त पेस्ट प्रिंटिंग प्रदर्शन (चिपचिपापन, शीयर-थिनिंग क्षमता) बड़े पैमाने पर मास प्रिंटिंग के लिए पूर्वापेक्षा है, और स्क्रीन मेश काउंट, तार का व्यास और डिज़ाइन की गई लाइन चौड़ाई काफी हद तक मुद्रित आकृति निर्धारित करती है। संचालन में, पेस्ट पैटर्न वाले मेश ओपनिंग से गुज़रता है, और एक स्क्वीजी स्क्रीन पर चलते हुए दबाव डालता है, पेस्ट को पैटर्न ओपनिंग से वेफर पर दबाता है। पेस्ट की चिपचिपाहट इसे सीमा के भीतर चिपकाए रखती है, और स्क्वीजी स्क्रीन और सब्सट्रेट के साथ रैखिक संपर्क बनाए रखता है, संपर्क रेखा स्क्वीजी के साथ चलती है और प्रिंट स्ट्रोक पूरा करती है।

पेस्ट को बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उत्कृष्ट मुद्रण क्षमता, कम संपर्क प्रतिरोधकता और उच्च FF के लिए एमिटर के साथ अच्छा ओमिक संपर्क, एमिटर को न्यूनतम क्षति ताकि मेटलाइज़ेशन-प्रेरित Voc हानि सीमित हो, और धारा हानि को कम करने के लिए न्यूनतम संभव बल्क प्रतिरोधकता प्रदान करनी चाहिए। प्रक्रिया चरण हैं: पेस्ट में कार्बनिक पदार्थों को वाष्पित करने के लिए सुखाना; ग्लास फ्रिट को पिघलाने, सिल्वर कणों को घोलने और पैसिवेशन परत को खोलने के लिए प्री-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, डिपोजीशन, एनीलिंग और मेटलाइज़ेशन 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, डिपोजीशन और एनीलिंग चरण वाहक चयनात्मकता और सतह पैसिवेशन की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए एक साथ काम करते हैं।

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