2020年TOPCon电池技术难点及发展方向分析

2020TOPCON电池技术分析晶硅电池技术-sw目录CONTENTS01Topcon技术介绍02Topcon技术难点03Topcon发展方向04LPCVD技术分享05电池技术知识分享01Topcon技术介绍采用超薄介质薄膜将金属和半导体隔离，钝化硅片表面，同时薄膜超薄，可实现载流子的隧穿效应以保证载流子的传导。这种技术被称为钝化接触技术。01Topcon技术介绍起源：隧穿氧化层钝化接触（tunneloxidepassivatedcontact，TOPCon）太阳能电池，是2013年在第28届欧洲PVSEC光伏大会上德国Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池，电池结构图如图1所示.首先在电池背面制备一层1～2nm的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。图1TOPCon电池结构示意图（a）、TOPCon截面的TEM1—金属栅线；2—p+发射极；3—钝化薄膜；4—coatig：减反射膜；5—超薄隧穿氧化层（SiO2）；6—金属化；7—磷掺杂多晶硅层01Topcon技术介绍最高效率（Fraunhfer25.7）：n-TypeSisolarcellswithpassivatingelectroncontact:Identifyingsourcesforefficiencylimitationsbywaferthicknessandresistivityvariation01Topcon技术介绍隧穿原理选择性钝化接触技术允许一种载流子通过；阻止另一种载流子输运钝化接触的质量可以由公式来定义：选择性参数:S10接触电阻：ρc复合参数：J0热电压(thermalVoltage):Vth通过S10可以计算电池的极限效率IEEEJ.Photovolt.6,1413(2016).01Topcon技术介绍隧穿原理选择性钝化接触技术IEEEJ.Photovolt.6,1413(2016).具有局部针孔的n+型多硅/硅结的简图01Topcon技术介绍隧穿原理选择性钝化接触技术TOPCon太阳电池技术具有最高的极限效率Surfacepassivationofcrystallinesiliconsolarcells:presentandfutureTopcon01Topcon技术介绍隧穿原理选择性钝化接触技术Firedupforpassivatedcontacts•传统的金属接触•钝化接触01Topcon技术介绍不同隧穿层材料对于界面化学钝化及电荷场钝化的特性02Tocpon技术难点主要有隧穿层制备，poly及掺杂制备，BRL去除及金属化等。1.经典topcon技术路线介绍02Topcon技术难点天合REC林洋中来1.TOPCON电池对于硅基材料的要求02Topcon技术难点N型材料的优势：•N型材料较低的金属杂质敏感度•不存在硼氧对缺陷•更高的寿命挑战：•硼扩散的高温工艺•对氧敏感，产生氧致同心圆缺陷•N型电池片良率较低2.技术难点-TunnelOxide02Topcon技术难点STEP1STEP2STEP3STEP4热氧化法氧气高温下与硅基底反应；化学钝化效果好；厚度均匀性控制难度较高湿化学法沸腾的HNO3/H20(68%wt)；共沸物，反应过程中化学组成基本不变，可长时间使用；生长厚度具有自限制特点，工艺更好控制PECVD钝化效果较差；厚度均匀性不易控制；生长速度快准分子源干氧（excimersource）准分子发射波长为172nm的单色紫外光；分解环境大气的分子氧（O2）。所得氧自由基与O2之间反应产生O32.技术难点-TunnelOxide02Topcon技术难点Thecharacteristicpassivationqualityparametersasafunctionofannealingtemperature.使用三层SiOx薄膜的Pd/SiOx/c-Si样品的截面TEM图像(a)NAOS-SiOx,(b)PANO-SiOx,and(c)Thermal-SiOx.Comparisonofdifferenttypesofinterfacialoxidesonhole-selectivepþ-poly-Sipassivatedcontactsforhigh-efficiencyc-Sisolarcells2.技术难点-TunnelOxide02Topcon技术难点多晶硅隧道膜变厚使得钝化效果变差*超薄氧化层均匀性及厚度同样重要。2.技术难点-Polysilicon02Topcon技术难点生长方式分类目前市面主要分为：LPCVD方式和PECVD优劣对比：LPCVD沉积速率慢均匀性较好PECVD沉积速率快均匀性及效果略差掺杂方式分类掺杂分为：Dpoly(Doped)和Upoly(undoped)掺杂非晶硅和本征非晶硅工艺对比：1.Dpoly掺杂流程，在工艺过程中通入PH3实现原位掺杂，然后退火晶化2.Upoly先生长非晶硅层，然后利用扩散炉晶化，通入POCl3进行掺杂优劣对比：Upoly生长速度快，均匀性较好，但制程需要增加扩散制程进行晶化和扩散Dpoly生长速率慢，均匀性略差，但工序较短2.技术难点-Polysilicon02Topcon技术难点PECVD方式沉积poly-si：起泡问题2.技术难点-Polysilicon02Topcon技术难点PECVD方式沉积poly-si：有前途的J0和接触电阻*对于好的J0，金属，最小厚度为70nm*接触电阻更低，但Jo,pass随着更厚的PECVD生长的多晶硅层而降低2.技术难点-Polysilicon02Topcon技术难点Pecvd沉积Poly-si:iVoc/iFFa.f.o.厚度钝化n-多硅层的iVoc/iFF*poly-si沉积面为抛光面时IVOC及IFF最高。2.技术难点-Polysilicon02Topcon技术难点Pecvd沉积Poly-si:掺杂a.f.o.退火ECVa.f.o.的p掺杂谱。退火温度提高退火温度2.技术难点-湿法刻蚀02Topcon技术难点TOPCon工艺湿法刻蚀工艺步骤：TOPCon湿法刻蚀工艺主要包含碱刻蚀及酸刻蚀主要用来形成绒面及对绕镀，绕扩的刻蚀。优势•无损绒面。•无滚轮印风险•对结无影响。劣势•需添加剂•需KOH或者TMAH•需单独正面去PSG供应商•晶州•S.C•RENA碱抛法VS边缘绕扩刻蚀，主要用SSE设备去除边缘绕扩采用链式机利用HF+HNO3刻蚀正面绕镀非晶硅主要设备厂家均有解决方案*利用BSG厚度进行正面保护进行酸刻或碱抛酸抛法2.技术难点-硼扩02Topcon技术难点低压管式BBr3，BCl3扩散硼扩掺杂技术旋涂硼源+扩散常压管式BBr3扩散离子注入+退火硼扩散常见问题：B2O3对于石英器件损伤严重，尾气管堵塞、石英炉门与石英件粘连高温对于石英件要求较高，石英件易变形泵需要定期维护，且如果尾气过滤较差泵易损坏炉管内部结晶严重，难以清洗，如频繁升降温清洗易导致加热丝变形维护成本高2.技术难点-硼扩02Topcon技术难点BBr3:沸点90℃，常温下为液态。BCl3:沸点12.5℃，常温下为气态。4BCl3+3O2=2B2O3+6Cl22B2O3+3Si=4B+3SiO2Cl2的氧化性更强，容易氧化金属杂质。B-Cl键能更大，不易分解，在扩散温度下利用率不高BBr3vsBCl32.技术难点-硼扩02Topcon技术难点BBr3：优点：常规扩散源，液体，危险性相对低一些；缺点：1,对石英腐蚀，石英管使用寿命短；2,B2O3呈黏状，有副产物，需要DCE去清洗，维护成本高；3,自身成本高；BCL3:优点：1,无腐蚀性（石英管使用寿命大幅延长）；2,B2O3呈颗粒状，含CI，带自清洁功能；3,自身成本低；缺点：1,气体，危险性比较高；2,扩散均匀性稍差；2.技术难点-BRL去除02Topcon技术难点EffectsandmethodsoftheBRLremovalinsolarcell2.技术难点-硼扩SE实现方式（激光）02Topcon技术难点Green-laser-dopedselectiveemitterswithseparateBBr3diffusionprocessesforhigh-efficiencyn-typesiliconsolarcells2.技术难点-硼扩SE实现方式（激光）02Topcon技术难点Ø目前问题主要是：激光照射区域直接钝化会非常差，Lifetime较低，iFF较低；主要原因为硼扩推进需求更高的能量，导致绒面损伤较多。Ø激光处理后，仅仅退火处理而未碱刻蚀的表面，无法形成优秀的表面钝化（利用碱洗加退火OR酸洗？），可进行分步硼扩法进行SE，需在SE后新增清洗工序及高温退火进行推结及生长BSG。紫外开膜激光Lnnolas掺杂激光562nm激光掺杂2.技术难点-钝化层面临着两种类型的烧穿02Topcon技术难点I类烧穿：掺杂元素烧穿II类烧穿：金属浆料烧穿背表面：钝化失效Backsurface:worsepassivation正表面：短路Frontsurface:ShuntTopcon与HJT电池的量产前景分析-王文静2.技术难点-烧穿型浆料降低了poly钝化效果02Topcon技术难点工业化晶体硅太阳电池实现25%效率关键技术-天合光能03Topcon发展方向硼扩SE、POLO结构、与IBC结合及效率损失分析。03Topcon发展方向Topcon电池提效路线高效晶体硅太阳能电池技术-丁建宁03Topcon发展方向AgAlAgAlAgAgPECVDSiNx:HALOxBBr3diffusionPECVDSiNx:HtunneloxidePolysiliconTOPCON-硼扩SE24%+实现方式：1.印蜡2.激光SE（绿光DR）3.分步激光SE（扩散激光清洗退火推结生长BSG）03Topcon发展方向TOPCON-POLOIBC结构26%+Lasercontactopeningsforlocalpoly-Si-metalcontactsenabling26.1%-efficientPOLO-IBCsolarcells03Topcon发展方向Topcon电池提效路线-polo（ITO引入）Topcon与HJT电池的量产前景分析-王文静03Topcon发展方向SEGAGUI电池功率损失的分布图高效晶体硅太阳能电池技术-丁建宁03Topcon发展方向Numericalstudyofmono-crystallinesiliconsolarcellswithpassivatedemitterandrearcontactconfigurationfortheefficiencybeyond24%basedonmassproductiontechnology带钝化发射极和后触点结构的单晶硅太阳电池的数值研究基于大规模生产技术，效率超过24%03Topcon发展方向TOPCON技术发展1.稳定的超薄隧穿层2.均匀致密的poly-si（做薄poly层）3.硼扩无损SE4.正面POLY结构的导入5.金属化进步6.新材料结构的应用04LPCVD技术分享Poly沉积原理，监控方式等。04LPCVD技术分享CVD:ChemicalVaporDeposition化学气相沉积将构成薄膜元素的混合气体供给到基片，借助气相作用以及基片上的化学反应生成所需薄膜的一个过程。04LPCVD技术分享Poly沉积原理从Reactants到Transitionstate需要能量EA。LPCVD通过加热的方式，使SiH4获得能量，继而生成多晶硅沉积在硅片表面。04LPCVD技术分享Poly沉积原理LPCVD法生长poly-si薄膜，晶粒具有(110)择优取向，其形貌呈”V”字形，内含高密度的微孪晶，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大。04LPCVD技术分享Poly沉积原理580°C低温，非晶态光滑层伴有结晶析出物；595°C以上，