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光伏技术 | TOPCon 电池工艺流程

 赵智刚001 2022-12-13 发布于内蒙古

1. TOPCon 电池结构

① TOPCon 电池整体结构

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TOPCon 电池背面结构

  • 隧穿:SiO2氧化层;

  • 钝化:化学钝化+场钝化;

  • 接触:高掺杂浓度(N+);

  • 载流子传输选择性;

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③ 背面结构氧化层

a. 作用

  • 化学钝化;

  • 隧穿性;

  • 阻挡作用;

  • 避免金属与半导体直接接触;

b. 氧化层深度相关曲线

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④ 背面结构掺杂多晶硅层

a. 作用

  • 势垒效应;

  • 场钝化;

  • 金属接触;

b. 多晶硅层相关曲线

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c. 多晶硅层长波吸收,厚度与掺杂浓度关系曲线

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2.TOPCon电池工艺流程

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3. TOPCon电池各工序作用

① 制绒

a. 制绒目的:

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  • 去除硅片表面的有机物脏污及金属杂质;

  • 去除硅片线切割过程产生的机械损伤层,减少复合中心;

  • 形成起伏不平的绒面,其作用为:a.利用陷光效应,增加硅片对太阳光的吸收,降低反射率;同时增加硅片表面积,进而P-N结面积也同样增加;

b. 制绒的原理:在一定的浓度、温度、时间下,利用硅在低浓度碱液中的各向异性腐蚀特性,Si与碱液(NaOH)进行一系列化学反应,在硅片表面形成金字塔绒面。

主反应:2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2

② 硼扩

a. 目的:形成P-N结

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在N型硅片(掺磷)上扩散P型元素(硼)形成P-N结(即空间电荷区) ,在正面形成P+层,背面形成N+层。

b. 原理:

在一定的浓度、温度、压力及时间下,硼源(BBr3或BCl3)在管式炉中汽化后,经过一系列化学反应在硅片表面进行沉积,获得合适的掺杂浓度、结深及方阻;

总反应:

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③ 碱抛

a. 碱抛光流程

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b. 各槽体作用

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c. 微观形态

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④ LPCVD(低压化学气相沉积)

a. 目的:

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  • 在硅片背面沉积一层超薄氧化层提供良好的界面钝化,同时提供不同载流子隧穿势垒;

  • 氧化层上沉积一层非晶硅,增加电子的迁移速率同时抑制空穴的迁移速率;

  • 非晶硅与金属接触,起到电子传输桥梁的作用。

b. 原理:

用加热的方式,在低压条件下使SiH4在硅片表面反应并沉积成固体薄膜。

氧化层沉积:高温通氧气,氧气和硅反应生产氧化硅;

反应方程式 :O2+Si→SiOx

非晶硅沉积:高温通硅烷,硅烷热分解成硅和氢气;反应方程式:SiH4(气)=Si(固)+H2

磷扩

a. 磷扩的目的:在背面形成N+层

b. 磷扩的原理:

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氧气的存在下,POCl3在高温下分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5),反应式:

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生成的P2O5在扩散温度下与硅反应,生成二氧化硅(SiO2)和磷原子,反应式:

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⑥ 正面刻蚀

a. 工艺流程:

正刻槽(加水膜)→水洗→碱洗→水洗→ 酸洗→水洗→烘干

b. 正刻槽作用:

主要通过HF+HNO3的混合溶液,对硅片正面和边缘进行刻蚀,以达到去除正面及边缘BSG的作用。

c. 碱洗槽作用:

主要用来中和正刻槽残留的酸液,并去除正刻槽反应生成的多孔硅。

c. 酸洗槽作用:

去除氧化层,使硅片表面疏水。

d. 槽体及功能

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⑦ ALD

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⑧ 正背膜

a. 目的

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硅片表面形成一层Si3H4薄膜,既可作为减反射膜,产生钝化作用;又因其结构致密保证硅片不被氧化;

b. 原理:

硅片置于阴极上,利用辉光放电使硅片升温到预定的温度,然后通入适量的SiH4和NH3气体,经一系列化学反应和等离子体反应,在样品表面形成固态Si3H4薄膜;

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⑨ 金属化

a. 工艺流程为:

背面印主栅→烘箱→背面印副栅→烘箱→正面印主栅→烘箱→正面印副栅→烧结炉→高温退火炉→测试;

其中正、背面印刷均采用分步印刷方式,印刷流程图示如下:

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b. 烧结目的:

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  • 干燥硅片上的浆料,燃尽浆料的有机组分,使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。

  • 把电极烧结在PN结上,高温烧结可以使电极穿透氮化硅膜,形成合金。

  • 正面主栅不烧穿氮化硅,减少金属对氮化硅层破坏,提高开压。

  • 银的熔点960.7℃,Ag-Si共熔点为  600~800℃

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END


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