عملية تصنيع خلايا TOPCon الشمسية: دليل شامل خطوة بخطوة

مقدمة

أصبحت خلايا الطاقة الشمسية أحادية البلورية من نوع N-TOPCon واحدة من أكثر التقنيات الواعدة عالية الكفاءة في صناعة الطاقة الكهروضوئية. يتضمن إنتاجها سلسلة طويلة من الخطوات المضبوطة بعناية، بما في ذلك التنميش، الانتشار بالبورون، الليزر SE، التلدين، التلميع القلوي، PE-poly، التلدين، تنظيف RCA، الطلاء، التعدين والاختبار والفرز النهائي. في هذه المقالة، نستعرض كل خطوة رئيسية في العملية ونشرح سبب أهميتها.

1. التنميش (TEX)

الغرض من التنميش

الهدف من التنميش هو إزالة طبقة الضرر الميكانيكي على سطح الرقاقة وتشكيل سطح محكم بشكل هرمي يزيد من امتصاص الضوء. من خلال تقليل انعكاسية السطح، يتم تحسين تيار الدائرة القصيرة (Isc)، مما يرفع في النهاية كفاءة التحويل الكهروضوئي للخلية.

الحفر الرطب هو العملية الرئيسية للتنميش اليوم. تعمل أيونات المعادن وطبقات الضرر والملوثات الأخرى على سطح الرقاقة كمراكز إعادة التركيب. نظرًا لأن الإلكترونات والثقوب المنفصلة يجب أن تعبر وتُجمع على سطح الرقاقة، فإن مراكز إعادة التركيب هذه تقلل من عمر الناقل الأقلية، مما يتسبب في إعادة تركيب الناقلات قبل أن تتمكن من الخروج كتيار خارجي. تؤثر طبقات الأكسيد السطحية والملوثات العضوية أيضًا على جودة ترسيب وتخميل طبقات AlOx وSiNx، لذا فإن التنظيف السطحي الشامل أمر بالغ الأهمية ويؤثر مباشرة على كفاءة الخلية.

مبدأ التفاعل

يعتمد التنميش على خاصية الحفر غير المتناحية للسيليكون البلوري، حيث تحفر القلويات منخفضة التركيز والمواد المضافة اتجاهات بلورية مختلفة بمعدلات مختلفة. معدل الحفر على المستويات (110) و(100) أكبر بكثير من المستوى (111). بعد وقت حفر معين، تبقى أربعة هياكل "هرمية" مكونة من مستويات (111) على سطح الرقاقة أحادية البلورية.

يختلف الترتيب الذري عبر المستويات البلورية، مما يؤدي إلى معدلات حفر مختلفة:

• المستوى (100): ترتيب ذري فضفاض نسبيًا مع روابط كيميائية مكشوفة أكثر، مما يعطي أسرع معدل حفر.

• المستوى (110): كثافة ذرية بين (100) و(111)، مع معدل حفر أسرع ولكن أقل قليلاً من (100).

• المستوى (111): ترتيب ذري مكتظ بإحكام، مع روابط كيميائية يصعب مهاجمتها، مما يعطي أبطأ معدل حفر.

دور إضافات النسيج

تعمل الإضافات على خفض التوتر السطحي للسيليكون، وتعزز إطلاق فقاعات الهيدروجين المتكونة أثناء التفاعل، وتجعل الأهرامات أكثر تجانسًا. تعمل على تحسين التبلل بين سطح الرقاقة ومحلول التفاعل، وتضعف قوة الحفر لمحلول NaOH، وتزيد من نقاط التنوي وكثافة التنوي، وتعزز تكوين أعداد كبيرة من الأهرامات الصغيرة. بشكل عام، تؤثر خصائص الإضافة بشكل مباشر على سطح الأهرامات المنسوج.

تدفق العملية

يتضمن تسلسل النسيج عادةً: التنظيف المسبق باستخدام NaOH وH2O2 (مع مساعدة التنظيف بالموجات فوق الصوتية عند 60 درجة مئوية، يليه شطف بالماء النقي) لإزالة المواد العضوية والشوائب المعدنية وأضرار النشر؛ النسيج القلوي باستخدام حوالي 0.6% NaOH و0.4% إضافة عند 82 درجة مئوية لمدة 420 ثانية لتشكيل نسيج الأهرامات؛ التنظيف اللاحق لإزالة المواد العضوية المتبقية؛ التنظيف الحمضي باستخدام حمض مخفف (3.15% HCl + 7.1% HF) لتحييد القلوية المتبقية وإزالة طبقة الأكسيد؛ السحب البطيء للتجفيف المسبق لإزالة طبقة الماء بواسطة التوتر السطحي؛ وأخيرًا التجفيف بالهواء الساخن عند 90 درجة مئوية.

2. انتشار البورون (B Diff)

الغرض

تحت درجة حرارة عالية، تنتشر ذرات البورون في سطح الرقاقة من النوع N لتشكيل وصلة PN. يفصل المجال الداخلي للوصلة PN ناقلات الشحنة المولدة ضوئيًا لإخراج التيار خارجيًا. الرقائق من النوع P، ذات التركيز العالي للثقوب، تستخدم تطعيم الفوسفور لتشكيل الوصلة؛ الرقائق من النوع N، ذات التركيز العالي للإلكترونات، تستخدم تطعيم البورون.

مبدأ العملية

ثلاثي كلوريد البورون (BCl3) يمر عبر أنبوب كوارتز عند درجة حرارة 800-900 درجة مئوية ويتفاعل مع الأكسجين لتكوين B2O3، الذي يترسب على سطح الرقاقة مع غاز الناقل النيتروجين ويتفاعل مع السيليكون لتوليد ذرات البورون، مكونًا طبقة زجاج البوروسيليكات (BSG). ثم تنتشر ذرات البورون في الرقاقة لتشكيل تقاطع PN. BCl3 هو سائل أو غاز عديم اللون ينتج أبخرة، بكثافة 1.35 كجم/م³، ونقطة انصهار -107.3 درجة مئوية ونقطة غليان 12.5 درجة مئوية. وهو غير قابل للاشتعال، ومهيج وذو رائحة نفاذة، ويتحلل في الماء ليشكل كلوريد الهيدروجين وحمض البوريك مع إطلاق حرارة كبيرة. المنتج الوسيط B2O3، بنقطة انصهار 450 درجة مئوية ونقطة غليان 1860 درجة مئوية، يبقى سائلًا طوال العملية وهو شديد التآكل لمكونات الكوارتز.

انتشار البورون أكثر صعوبة من انتشار الفوسفور، لذا فإن مسار TOPCon يضع متطلبات أعلى على المعدات، بما في ذلك تجانس أعلى، ودرجات حرارة انتشار أعلى (عادةً فوق 1000 درجة مئوية) وأوقات انتشار أطول (غالبًا ما يستغرق تكوين الفيلم حتى 240 دقيقة)، مما يزيد من تكلفة المعدات والإنتاج في مرحلة تكوين التقاطع.

تدفق العملية

يتم الانتشار بطريقتين. انتشار ما قبل الترسيب (خطوة ترسيب BSG) يستخدم درجة حرارة أقل ويبقي الرقاقة في جو مشبع بالشوائب، لذا يظل تركيز الشوائب على السطح ثابتًا؛ وهذا يُعرف بانتشار المصدر السطحي الثابت. انتشار إعادة التوزيع يدفع البورون من BSG إلى الرقاقة عند درجة حرارة أعلى في جو غني بالأكسجين دون شوائب خارجية؛ هنا يتغير تركيز السطح بمرور الوقت، وهو ما يُسمى انتشار المصدر السطحي المحدود، مع توزيع غاوسي للشوائب.

الخطوات النموذجية للعملية هي: ضخ التفريغ للوصول إلى ضغط منخفض؛ التسخين إلى درجة حرارة الانتشار (800-900 درجة مئوية)؛ الحفاظ على درجة الحرارة مع تقليل الضغط أكثر؛ فحص التسرب تحت الضغط المنخفض؛ الأكسدة المسبقة لتكوين طبقة SiO2 بسمك 1 نانومتر لإبطاء خطوة الانتشار التالية وجعل انتشار البورون أكثر تجانسًا؛ الانتشار/الترسيب عن طريق إدخال مصدر البورون للترسيب المسبق النشط والدفع السلبي؛ مزيد من التسخين فوق 900 درجة مئوية لزيادة معدل الانتشار وعمقه؛ الأكسدة اللاحقة لتكوين طبقة SiO2 بسمك أكثر من 100 نانومتر للتحكم في محتوى البورون، وتعميق التقاطع، وتكوين طبقة واقية وجمع الشوائب من الركيزة؛ التبريد إلى درجة حرارة آمنة لفتح الأنبوب؛ وكسر التفريغ بـ N2 لاستعادة الضغط الجوي.

3. إزالة BSG والحفر القلوي

إزالة BSG

بعد انتشار البورون، يحمل الجزء الخلفي والحواف من الرقاقة طبقة BSG سميكة (أكسيد 40-100 نانومتر). تؤثر هذه الطبقة الزجاجية البوروسيليكاتية سلبًا على العمليات اللاحقة وقد تسبب تسربًا في وصلة PN، لذا يلزم الحفر الكيميائي والتنظيف بعد التطعيم. قبل الحفر القلوي، تعمل عملية HF أحادية الجانب عبر الخط على إزالة BSG من الخلف والحواف، بينما يتم الحفاظ على BSG الأمامي كقناع أثناء الحفر القلوي لحماية البنية الأمامية.

تدخل الرقاقة أولاً إلى معدات التنظيف HF عبر الخط، حيث يذيب حوالي 60% HF طبقة BSG الخلفية في المحلول بينما يحمي غشاء مائي طبقة BSG الأمامية، يلي ذلك شطف بالماء النقي لمدة 0.5 دقيقة تقريبًا. يتضمن التسلسل: تطبيق غشاء مائي باستخدام خاصية المحبة للماء لـ SiO2 لحماية BSG الأمامي؛ حفر BSG الخلفي والحواف بواسطة HF؛ خطوة مسدس مائي لتجديد الغشاء المائي الذي قد يكون ملوثًا؛ غسيل بالماء لإزالة HF المتبقي؛ تنظيف حمضي لإزالة الأيونات الشوائب المتبقية؛ وتجفيف الغشاء المائي الأمامي.

الحفر القلوي

الغرض من الحفر القلوي هو إزالة وصلة PN على الجزء الخلفي والحواف لمنع التسرب، وإنشاء مورفولوجيا خلفية موحدة ونظيفة استعدادًا للتخميل الخلفي.

هناك طريقتان رئيسيتان. التنميش الثانوي مشابه من حيث المبدأ للتنميش الأول، لكن المادة المضافة يجب أن تقلل من معدل التفاعل بين BSG والقلوي. التنميش القلوي يستخدم قلويًا عالي التركيز وإضافات لتسريع تفاعل القلوي-سيليكون، وإضعاف خاصية الحفر متباين الخواص وتشكيل مورفولوجيا مصقولة عالية الانعكاس. المادة المضافة للحفر القلوي تحمي BSG الأمامي، وتخفض معدل تفاعله مع القلوي لمنع الحفر الزائد، وتحافظ على BSG كقناع للخطوات اللاحقة، وتخفض التوتر السطحي لتحرير فقاعات الهيدروجين، وتحسن التبليل وتزيد كثافة التنوي.

4. الترسيب والطلاء

ترسب هذه المرحلة طبقة الأكسيد النفقي (TOX)، وطبقة البولي سيليكون (Poly-Si) والقناع. يتم الترسيب بشكل رئيسي في الطور البخاري الفراغي ويمكن تقسيمه إلى الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)، والترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، والترسيب بالطبقات الذرية (ALD). يبخر PVD مصدر المادة إلى ذرات أو جزيئات أو أيونات ويودعها على الركيزة تحت ضغط منخفض؛ يولد CVD الرواسب من خلال تفاعلات كيميائية على الركيزة؛ ويودع ALD المادة طبقة تلو الأخرى كطبقات ذرية مفردة.

طبقة الأكسيد النفقي (TOX)

تعتمد طبقة أكسيد النفق على تأثير النفق الكمي، باستخدام أكسيد فائق الرقة (عادة 1-2 نانومتر) كحاجز. بين ركيزة السيليكون من النوع n وطبقة البولي سيليكون المشوبة، تتيح نقلًا انتقائيًا للحاملات: الإلكترونات (الحاملات الأغلبية) تنفق عبر الأكسيد إلى طبقة البولي سيليكون، بينما الثقوب (الحاملات الأقلية) تواجه ارتفاع حاجز أعلى (حوالي 4.5-4.8 إلكترون فولت) ويتم حجبها. كما تخلق انحناءًا في النطاقات وتخميلًا بتأثير المجال، حيث يؤدي فرق دالة الشغل بين البولي سيليكون المشوب والركيزة إلى انحناء نطاقات الطاقة عند الواجهة وتشكيل مجال كهروستاتيكي يزيد من الحاملات الأغلبية ويطرد الحاملات الأقلية، مما يقلل أيضًا من إعادة التركيب عند الواجهة.

يمكن تحضير الأكسيد عن طريق الأكسدة الحرارية (متوافقة مع LPCVD) أو عن طريق PECVD وPEALD والأكسدة الحرارية (متوافقة مع PECVD). من حيث كثافة الفيلم، يعطي PEALD أفضل تخميل ولكن بتكلفة معدات أعلى، بينما توفر الأكسدة الحرارية وPECVD اقتصاديات أفضل. يعطي ALD عادة حوالي 0.7 نانومتر، والأكسدة الحرارية حوالي 1.3 نانومتر، ويتم تحقيق آلية النفق عمومًا عند سماكات أقل من 1.6 نانومتر. LPCVD أكثر نضجًا، مع مزايا مثل التحكم البسيط وجودة الفيلم العالية، ولكنه يميل إلى تشكيل طبقة بولي سيليكون مشوبة ملتفة عند الحافة الأمامية يجب تنظيفها، وله معدل ترسيب بطيء. بولي سيليكون PECVD تقنية أحدث مع ترسيب أسرع وتطعيم في الموقع والتفاف أقل، لكن نضجها لا يزال بحاجة إلى تحسين وقد تعاني من الغبار ومحتوى الهيدروجين العالي وتكوين الفقاعات أثناء التلدين بدرجة حرارة عالية.

طبقة البولي سيليكون

يتكون السيليكون متعدد البلورات (بولي) من عدد لا يحصى من حبيبات السيليكون الصغيرة، بأحجام حبيبات تتراوح عادة من عشرات إلى مئات النانومترات مع حدود حبيبات بينها. عادة ما تكون طبقة البولي سيليكون مشوبة بالفوسفور لتشكيل بولي سيليكون من النوع n عالي التطعيم، مما يحسن التوصيلية، ويتيح نقلًا انتقائيًا للحاملات ويشكل اتصالًا أوميًا جيدًا مع الركيزة.

يتضمن تحضير البولي سيليكون كلاً من الترسيب والتطعيم. يستخدم الترسيب بشكل أساسي تقنية LPCVD أو PECVD بسماكة حوالي 100-150 نانومتر؛ يتغير الفيلم غير المتبلور في التبلور أثناء التلدين، ويتحول من طور مختلط دقيق التبلور وغير متبلور إلى متعدد التبلور وينشط التخميل. بالنسبة للتطعيم، عادةً ما يرسّب LPCVD طبقة بولي سيليكون غير مطعمة أولاً ثم يكمل تطعيم الفوسفور عبر فرن انتشار أو حقن أيوني (تطعيم خارجي)، لأن التطعيم أثناء ترسيب LPCVD البطيء قد يبطئه أكثر. يتمتع PECVD بكفاءة فيلم أعلى ويمكنه إكمال تطعيم الفوسفور أثناء الطلاء (تطعيم داخلي). LPCVD، التقنية الرئيسية للبولي سيليكون، تعمل عن طريق التحلل الحراري للسيلان (SiH4) إلى ذرات سيليكون تترسب في فيلم. لاحظ أن البولي سيليكون الأكثر سماكة يسبب خسارة FCA (طفيلية) أكثر خطورة وخسارة تيار دائرة قصر أكبر، والتطعيم الأعلى بالفوسفور يزيد من امتصاص FCA وخسارة التيار.

طبقة القناع

طبقة القناع عادةً ما تكون فيلم SiO2 بسمك حوالي 10 نانومتر يُنمو بعد ترسيب البولي سيليكون لحماية البنية الخلفية، ويمنع بشكل أساسي عمليات الترطيب اللاحقة من حفر طبقة البولي سيليكون. لضمان عدم تلف البنية الخلفية في المعدات الرطبة من نوع الخزان، بعد عملية البولي يُنمو قناع SiOx (حوالي 10 نانومتر) على السطح الخلفي باستخدام السيلان وأكسيد النيتروز (ملاحظة: السيلان والأكسجين يحملان خطر انفجار في البيئات غير المفرغة).

خطوات العملية هي: التسخين المسبق بالفراغ لجلب الرقاقة إلى درجة الحرارة المطلوبة؛ الترسيب المسبق لمصدر السيليكون غير المطعّم (غاز فقط، بدون RF، لملء الأنبوب بشكل موحد وتثبيت الضغط)؛ ترسيب مصدر السيليكون غير المطعّم (تشغيل RF، لترسيب فيلم غير مطعّم يحجب ويخفف الفوسفور من البولي المطعّم)؛ الترسيب المسبق لمصدر السيليكون المطعّم (غاز فقط)؛ ترسيب مصدر السيليكون المطعّم (تشغيل RF، لترسيب فيلم بولي مطعّم بالفوسفور)؛ تشكيل قناع الأكسيد بواسطة PECVD SiOx؛ وتطهير N2/Ar لدفع SiH4 وN2O خارج الأنبوب لمنع الاحتراق عند فتح باب الفرن.

5. التلدين

الغرض من التلدين هو تحويل السيليكون غير المتبلور المزروع بواسطة PECVD إلى سيليكون متعدد التبلور، وتنشيط ذرات الفوسفور وتقديم عمق الوصلة، وتشكيل ثقوب دقيقة. تتضمن العملية إدخال BN2 (نيتريد البورون) وتسخينه ببطء إلى 890-920 درجة مئوية، حيث يُدفع BN2 عند درجة حرارة عالية لتنشيط ذرات الفوسفور في فيلم البولي وتشكيل تطعيم فعال.

هناك علاقة بين التلدين وTOX: مع بقاء أكسيد النفق دون تغيير، يؤدي رفع درجة حرارة التلدين إلى إنتاج المزيد من الثقوب والانتشار الداخلي، مما يقلل من مقاومة التلامس ويحسن عامل التعبئة (FF) مع الاستمرار في تلبية متطلبات التخميل؛ عند نفس درجة حرارة التلدين، ينتج أكسيد النفق الأكثر سمكًا المزيد من الثقوب والانتشار الداخلي وتيار تشبع أعلى.

6. إزالة PSG والتنظيف بـRCA

أثناء ترسيب فيلم n+-poly-Si بواسطة PEALD، تتشكل طبقة n+-poly محلية على الجزء الأمامي من الرقاقة، مغطاة بفيلم رقيق من القناع (SiOx). يزيل HF أحادي الجانب SiOx، ثم يزيل حمام قلوي n+-poly-Si الأمامي. تمر الرقاقة بالتتابع عبر خزان الحفر والخزان القلوي وخزان التنظيف للتفاعلات الكيميائية قبل التجفيف.

الغرض من RCA هو إزالة الطلاء الملتف حول الحواف وإجراء حفر الحواف لمنع تسرب الحواف، وتنظيف الرقاقة عن طريق إزالة BSG الأمامي والخلفي والقناع وتجفيفها استعدادًا لأفلام التخميل الأمامية والخلفية. نظرًا لأن البولي هو سيليكون متعدد البلورات، فإن إزالة الطلاء الملتف تستخدم تلميعًا قلويًا بتركيز عالٍ من القلوي والمواد المضافة.

تعمل إضافات RCA على تنظيف المواد غير العضوية والمنتجات المتبقية لتحسين ترطيب السطح، وتعمل كمحفزات تفاعل لتسريع ارتباط OH- بالسيليكون وتسريع حفر الطلاء الملتف والحواف، وتقليل معدل الحفر القلوي لثاني أكسيد السيليكون لحماية BSG الأمامي والقناع الخلفي من الحفر الزائد.

خطوات العملية هي: HF عبر الخط لإزالة PSG المتكون على الجزء الأمامي والحواف بعد التلدين بـN2 مع الحفاظ على PSG الخلفي لحماية البولي الخلفي؛ تلميع قلوي بـNaOH والمواد المضافة لإزالة البولي الزائد الأمامي والحوافي؛ غسيل قلوي لإزالة المواد المضافة والشوائب المتبقية؛ تنظيف حمضي لتحييد القلوي المتبقي وإزالة الأيونات المعدنية؛ سحب بطيء باستخدام ماء منزوع الأيونات بدرجة حرارة الغرفة مع روبوت لمنع علامات الماء؛ وتجفيف عند 90 درجة مئوية لمنع السائل المتبقي على الرقاقات والحوامل.

7. ALD (ترسيب الطبقة الذرية)

الترسيب بالطبقة الذرية يغطي المادة كطبقات ذرية مفردة على الركيزة ويتميز بطبيعته المحددة ذاتيًا، وهو أساس تقنية ALD. من خلال فترات زمنية أو مكانية، تتعرض الركيزة بالتناوب لسلائف مختلفة. عندما تكون الركيزة في جو السلائف A، يتم امتصاص A كيميائيًا على السطح حتى التشبع، ثم يتوقف؛ وعند التعرض للسلائف B، تتفاعل B مع A الممتص بالفعل، منتجة منتجات ثانوية حتى يتم استهلاك السلائف الأولى بالكامل ويتوقف التفاعل تلقائيًا، مكونًا الطبقة الذرية المطلوبة. تكرر ALD هذا التفاعل لبناء الفيلم المطلوب.

على الجزء الخلفي من الرقاقة، يقلل تخميل AlOx من معدل إعادة التركيب السطحي الخلفي. يحمل أكسيد الألومنيوم شحنات سالبة ثابتة تقع مباشرة عند الواجهة بين أكسيد الألومنيوم وأكسيد السيليكون على سطح الرقاقة؛ تضمن هذه الشحنة السالبة عالية الكثافة تخميلًا ميدانيًا فعالًا. يوفر أكسيد الألومنيوم أيضًا تخميلًا كيميائيًا ممتازًا، مما يشبع الروابط المعلقة على سطح السيليكون البلوري ويقلل من كثافة الحالات الواجهية.

خطوات العملية هي: ما قبل الترسيب (غاز فقط، بدون RF، ملء الأنبوب بشكل موحد وتثبيت الضغط، مع إبقائه قصيرًا لتجنب هدر الغاز ومخاطر السلامة)؛ الترسيب (تشغيل RF، مع TMA مكونًا بلازما تتفاعل مع السطح لتكوين AlOx، ثم تطهير بغاز خامل، يتكرر لمدة 40 دورة)؛ وتطهير بـ Ar لدفع TMA وO2 خارج الأنبوب لمنع احتراق TMA عند فتح باب الفرن.

8. نيتريد السيليكون الأمامي والخلفي (SiNx)

يخدم طلاء SiNx عدة أغراض. يحمي سطح الخلية، لأن نيتريد السيليكون يتمتع بقوة عالية جدًا تتحمل حتى 1200 درجة مئوية، ومقاومة كيميائية ممتازة ضد جميع الأحماض غير العضوية تقريبًا وNaOH أقل من 30%، وهو عازل كهربائي عالي الأداء. يوفر مقاومة للانعكاس، مع معامل انكسار أحادي الطبقة الأمثل 1.96 في الهواء؛ زيادة محتوى السيليكون يقوي التخميل السطحي، وتشير الأدبيات إلى انخفاض سرعة إعادة التركيب السطحية إلى أقل من 20 سم/ثانية عند معامل انكسار 2.3، مع أفضل تخميل للكتلة بين 2.1 و2.3. كما يمنع الأكسدة من خلال بنيته الكثيفة. يستخدم تخميل الباعث الأمامي لـ TOPCon بشكل أساسي أكسيد الألومنيوم بالإضافة إلى فيلم SiNx:H، بينما يستخدم التخميل الخلفي بشكل أساسي البولي سيليكون.

تعمل آلية التخميل بـ SiNx بطريقتين. التخميل الكيميائي يقلل كثافة العيوب عند الواجهة عن طريق تقليل الروابط الحرة، إما بزراعة طبقة سطحية تمنح الذرات وقتًا وطاقة كافيين لتشبع الروابط الحرة، أو بترسيب طبقة عازلة غنية بالهيدروجين وإطلاق الهيدروجين أثناء التلبيد ليرتبط مع الروابط الحرة. التخميل بتأثير المجال يقلل عدد حاملات الأقلية التي تصل إلى السطح عن طريق توليد مجال كهربائي قرب السطح يطرد الحاملات ذات القطبية نفسها، ويتم ذلك بخفض تركيز التطعيم السطحي العالي أو بإضافة طبقة عازلة ذات شحنة ثابتة عالية.

خطوات عملية SiNx هي: الترسيب المسبق (غاز فقط، بدون RF، لملء الأنبوب وتثبيت الضغط)؛ الترسيب 1-2-3 (تشغيل RF، وإدخال SiH4 و NH3 لتكوين ثلاث طبقات SiNx بنسبة Si-N تتناقص تدريجيًا، حيث أن نسبة Si-N الأعلى تعطي معامل انكسار أعلى)؛ الترسيب 4 (تشغيل RF، وSiH4 و O2 و NH3 لتكوين طبقة SiONx)؛ الترسيب 5 (تشغيل RF، وSiH4 و O2 لتكوين طبقة SiO2)؛ وتطهير الخطوط والأنبوب بـ N2 لإزالة الغاز التفاعلي ومنع انفجار SiH4 عند فتح باب الفرن.

9. الطباعة بالشاشة (المعدنة)

بعد التنميش والانتشار والطلاء لإكمال وصلة PN والتخميل، يمكن للخلية توليد تيار تحت الضوء. لاستخراج هذا التيار وتجميعه، تُطبع أقطاب أمامية وخلفية على سطح الخلية، عادةً من خلال الطباعة بالشاشة والتجفيف والتلبيد.

يتكون نظام الطباعة بالشاشة من خمسة عناصر: الممسحة، والحبر (المعجون)، والشاشة، والركيزة (الرقاقة)، ومنصة الطباعة. أداء الطباعة المناسب للمعجون (اللزوجة، القدرة على الترقق بالقص) هو الشرط المسبق للطباعة الجماعية على نطاق واسع، وعدد خيوط الشاشة وقطر السلك وعرض الخط المصمم تحدد إلى حد كبير الشكل المطبوع. أثناء التشغيل، يمر المعجون عبر فتحات الشبكة المنقوشة، وتطبق الممسحة ضغطًا أثناء تحركها عبر الشاشة، وتضغط المعجون من فتحات النمط إلى الرقاقة. تحافظ لزوجة المعجون على التصاقه ضمن النطاق، وتحافظ الممسحة على تلامس خطي مع الشاشة والركيزة، ويتحرك خط التلامس مع الممسحة لإكمال شوط الطباعة.

يجب أن توفر العجينة قابلية طباعة ممتازة للإنتاج الضخم، وتماسًا أوميًا جيدًا مع الباعث لتحقيق مقاومة تلامس منخفضة وكفاءة تعبئة أعلى، وضررًا ضئيلًا للباعث للحد من فقدان جهد الدائرة المفتوحة الناتج عن المعدنة، وأدنى مقاومة حجمية ممكنة لتقليل فقد التيار. خطوات العملية هي: التجفيف لتبخير المواد العضوية في العجينة؛ التلبيد المسبق لإذابة فتات الزجاج، وإذابة جزيئات الفضة وفتح طبقة التخميل؛ التلبيد لإذابة المزيد من المعدن في الزجاج وربطه معًا؛ والتبريد بحيث يترسب المعدن المذاب في الزجاج على السطح، مكونًا تماسًا أوميًا بين المعدن وأشباه الموصلات.

الخلاصة

عملية تصنيع TOPCon هي تسلسل دقيق من خطوات التنميط، والتطعيم، والتخميل، والترسيب، والتلدين، والمعدنة، كل منها مصمم لتعظيم انتقائية الناقلات وتقليل إعادة التركيب لتحقيق كفاءة تحويل أعلى.

رؤية ooitech: تعتقد ooitech أن الكفاءة العالية لتقنية TOPCon تأتي من التآزر بين تقنية الأكسيد النفقي والتلامس المخمّل، حيث تعمل كل خطوة تنظيف وترسيب وتلدين معًا لدفع حدود انتقائية الناقلات وتخميل السطح.

قراءات ذات صلة: عملية التصنيع وتقنية الوحدات الكهروضوئية · كيف يعمل خط إنتاج الألواح الشمسية