Aperçu de la technologie

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Qu'est-ce qu'une cellule TBC ?

TBC signifie TOPCon Back Contact. Il fusionne la passivation TOPCon (oxyde tunnel plus poly-silicium) avec la structure de contact arrière entrelacé IBC, c'est pourquoi on l'appelle aussi cellule POLO-IBC.

Il intègre profondément la passivation TOPCon par oxyde tunnel / poly-Si avec la disposition de contact arrière IBC. Cela offre la forte passivation arrière de TOPCon ainsi que l'avantage IBC de l'absence d'ombrage des grilles avant, tout le courant étant collecté à l'arrière. Le résultat est une tension de circuit ouvert et un courant de court-circuit plus élevés. C'est l'une des voies principales de haute efficacité de type N pour la prochaine génération.

Avantages principaux

• Pas de grilles métalliques avant, donc la perte d'ombrage avant est supprimée et Isc augmente

• La passivation par tunnel TOPCon réduit la recombinaison arrière et augmente Voc

• La disposition entrelacée des contacts arrière P/N optimise le chemin de collecte des porteurs et réduit la résistance série

• Comparé au TOPCon standard et à l'IBC standard, il équilibre la qualité de passivation et l'intégration structurelle

• Compatible avec la plupart des équipements de base des lignes de type N existantes, permettant une mise à niveau progressive du processus

Comparaison avec les cellules conventionnelles

• TOPCon standard : ombrage des grilles avant, passivation TOPCon pleine surface à l'arrière

• IBC standard : structure à contacts arrière, mais la passivation repose sur l'oxyde de silicium / le nitrure de silicium, sans passivation tunnel poly-Si

• TBC (POLO-IBC) : structure à contacts arrière IBC plus passivation tunnel TOPCon intégrée, donc à la fois la structure et la passivation sont optimisées

Aperçu complet du processus

Arrivée des plaquettes → pré-nettoyage / élimination des dommages de sciage → dépôt d'oxyde tunnel arrière + poly-Si (LPCVD) → dépôt du masque SiN arrière → première ouverture laser arrière (zone bore) → dopage bore (p-poly) → deuxième ouverture laser arrière (zone phosphore) → dopage phosphore (n-poly) → nettoyage pour éliminer la diffusion périphérique / BSG / PSG → dépôt du film de passivation arrière → impression du masque de cire pour protéger l'arrière → texturation avant + gravure d'isolation P/N → dépôt du film de passivation antireflet SiN avant et arrière → impression par sérigraphie de l'électrode métallique arrière → recuit → test électrique → tri et emballage

Spécifications détaillées du processus

3.1 Nettoyage et polissage (pré-nettoyage + élimination des dommages de sciage)

Objectif : éliminer la couche de dommages de sciage, les impuretés métalliques de surface, les particules et les huiles ; polir la plaquette simple ou double face pour obtenir une base de silicium propre et plane et assurer l'uniformité du dépôt ultérieur de la couche tunnel.

Équipement principal : ligne de nettoyage et polissage humide en ligne, bain de polissage alcalin, bain de nettoyage acide.

Produits chimiques clés : base forte (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, additif de texturation, tensioactif.

Points de contrôle clés :

• Perte de poids au polissage : balance électronique

• Réflectance de surface : testeur de réflectance

• Durée de vie des porteurs minoritaires iVoc : testeur de durée de vie transitoire WCT-120

• Imagerie de recombinaison des porteurs : testeur PL (R3-PL)

• Rugosité et propreté de surface : microscope optique

Contrôle qualité : dommages de sciage complètement éliminés, aucune tache ni marche sur la surface, perte de poids uniforme, aucune baisse notable de la durée de vie.

3.2 Dépôt d'oxyde tunnel + poly-Si

Objectif : faire croître un oxyde tunnel ultra-mince (SiO₂) puis une couche de poly-Si intrinsèque sur la face arrière de la plaquette, formant la structure de passivation TOPCon de base pour une forte passivation de champ et chimique et une faible recombinaison arrière.

Équipement principal : tube LPCVD.

Sources gazeuses : SiH₄, O₂, N₂ (gaz porteur / purge).

Points clés :

• Épaisseur du poly-Si : testeur d'épaisseur de poly, ellipsomètre

• Épaisseur de l'oxyde tunnel : ECV, ellipsomètre

• iVoc (WCT-120)

• Uniformité PL

• Résistance de couche (surveillance du poly intrinsèque avant dopage)

Contrôle qualité : oxyde ultra-mince et uniforme, poly-Si dense et sans trous, bonne homogénéité d'épaisseur sur la plaquette.

3.3 Dépôt du masque SiN arrière

Objectif : déposer une couche dense de nitrure de silicium (SiNₓ) sur le poly-Si intrinsèque comme masque de blocage pour les étapes ultérieures d'ouverture laser et de dopage, permettant des zones de dopage sélectives.

Équipement principal : PECVD.

Sources gazeuses : SiH₄, NH₃, N₂.

Points clés : épaisseur SiN (ellipsomètre spectroscopique), indice de réfraction et uniformité, iVoc, uniformité PL.

Contrôle qualité : masque dense, sans trous, épaisseur uniforme pour garantir l'isolation du dopage.

3.4 Première ouverture laser arrière (fenêtre de diffusion du bore)

Objectif : retirer sélectivement le masque SiN sur la zone de diffusion du bore par ablation laser locale tout en conservant le poly-Si intrinsèque en dessous, ouvrant la fenêtre pour le poly de type p ultérieur.

Équipement principal : système d'ouverture laser à fibre / nanoseconde ou picoseconde, outil de structuration laser de haute précision.

Réglage du procédé : ajuster la puissance laser, le taux de répétition, la vitesse de balayage et le chevauchement des points pour que seul le masque SiN supérieur soit retiré et que le poly-Si intrinsèque en dessous ne soit pas endommagé, préservant ainsi la base de passivation intacte.

Caractérisation clé : inspection au microscope optique de la forme du sillon, de l'intégrité des bords et de savoir si la couche de poly est brûlée.

3.5 Dopage au bore arrière (p-poly)

Objectif : diffuser du bore dans le poly-Si intrinsèque dans la zone ouverte pour le convertir en poly fortement dopé de type p (p-poly), tout en formant du BSG en surface. Le BSG sert ensuite de masque de blocage naturel pour la diffusion du phosphore.

Équipement principal : four de diffusion au bore tubulaire.

Milieux de procédé : source liquide BBr₃ ; ambiance O₂, N₂.

Caractérisation clé : résistance de couche de la zone p, uniformité du dopage, intégrité de la couverture BSG, uniformité du dopage PL.

Contrôle qualité : dopage au bore suffisant, résistance de couche uniforme, BSG continu et complet sans lacunes locales.

3.6 Ouverture laser arrière de 3,6 secondes (fenêtre de diffusion du phosphore)

Objectif : retirer le masque SiN restant pour exposer le poly-Si intrinsèque non dopé comme zone de dopage au phosphore de type n, tout en préservant la couche BSG déjà formée des dommages laser.

Équipement principal : système de structuration/ouverture laser.

Point clé du procédé : contrôle précis de l'énergie laser pour éviter de percer la couche BSG, en maintenant une frontière d'isolation propre entre les zones P et N.

3.7 Dopage au phosphore arrière (n-poly)

Objectif : diffuser du phosphore dans le poly-Si intrinsèque de la deuxième fenêtre pour former du poly fortement dopé de type n (n-poly). Le BSG formé à l'étape précédente sert de masque auto-aligné, empêchant le phosphore de diffuser dans la zone p-poly et réalisant l'auto-isolation des zones P/N.

Équipement principal : four tubulaire de diffusion au phosphore.

Milieux de procédé : source liquide POCl₃ ; ambiance O₂, N₂.

Principe clé : le BSG résiduel agit comme une barrière de diffusion naturelle et empêche la contamination par le phosphore de la zone p-poly. Après la diffusion du phosphore, le BSG se transforme partiellement en un oxyde mixte bore-phosphore, ce qui renforce encore l'isolation.

Caractérisation clé : résistance de couche de la zone n, isolation de la frontière P/N, suivi des tendances de fuite.

3.8 Nettoyage pour éliminer la diffusion périphérique (retrait BSG/PSG)

Objectif : éliminer chimiquement tout le BSG, PSG et les résidus de surface, et retirer les couches de dopage périphériques et latérales pour éviter les fuites de bord.

Équipement principal : ligne de nettoyage humide en ligne.

Produits chimiques clés : principalement HF, plus des additifs acides et un système acide tamponné.

Aides de procédé : soufflage d'air sec propre, séchage à air chaud.

Contrôle qualité : verre d'oxyde complètement retiré, surface propre sans résidu, pas de résidu périphérique sur les bords.

3.9 Dépôt du film de passivation protectrice SiN arrière

Objectif : déposer un film de passivation protectrice SiN sur la structure poly P/N interdigitée arrière pour passiver et protéger la zone de contact arrière et bloquer les attaques chimiques dans les étapes ultérieures.

Équipement principal : PECVD.

Sources gazeuses : SiH₄, NH₃, N₂.

Caractérisation : épaisseur SiN, indice de réfraction, uniformité du film.

3.10 Revêtement de masque de cire arrière (masque de protection)

Objectif : recouvrir entièrement la face arrière d'une couche protectrice de cire par sérigraphie afin de protéger la structure de contact arrière P/N formée et le film SiN, empêchant ainsi l'attaque chimique ultérieure de la face avant d'endommager les couches fonctionnelles arrière.

Équipement principal : sérigraphieuse (poste d'impression de cire).

Point de contrôle : impression complète de la cire, pas de saut d'impression, pas de piqûres, bonne étanchéité des bords pour que la face arrière reste protégée tout au long du processus.

3.11 Gravure chimique avant + décapage et nettoyage de la cire

Objectif :

1. Éliminer l'excès de dopage et les couches endommagées sur la face avant de la plaquette

2. Texturer la face avant pour former une surface pyramidale et réduire la réflexion avant

3. Réaliser l'isolation latérale entre les zones P et N arrière par gravure latérale pour réduire les fuites de bord

4. Enfin, retirer le masque de cire arrière pour exposer la structure de contact arrière complète

Équipement principal : ligne de gravure humide et texturation en ligne double face.

Produits chimiques clés : alcali fort (NaOH), HF, additif de texturation, agent de gravure tamponné.

Sources de gaz : air comprimé propre, soufflage N₂.

Contrôle qualité : texturation avant uniforme, morphologie pyramidale conforme, isolation P/N correcte, absence de chemin de fuite, décapage de la cire propre sans résidu.

3.12 Film de passivation anti-réflexion SiN avant et arrière

Objectif : déposer un film de passivation anti-réflexion SiN sur la face avant pour l'anti-réflexion et la passivation de surface ; ajouter et optimiser le film de passivation arrière pour améliorer davantage la passivation et la fiabilité.

Équipement principal : PECVD.

Sources gazeuses : SiH₄, NH₃, N₂.

Caractérisation : épaisseur du film avant et arrière, indice de réfraction, durée de vie des porteurs minoritaires, réflectance.

3.13 Impression et cuisson des électrodes arrière par sérigraphie

Objectif : imprimer des électrodes argent-aluminium sur la zone P arrière et des électrodes d'argent sur la zone poly de type n pour former les électrodes positive et négative du contact arrière interdigité, puis utiliser une cuisson à haute température pour former un contact ohmique entre le métal et le poly-Si dopé.

Équipement principal : sérigraphieuse dédiée au contact arrière, four de cuisson en ligne.

Étapes clés : impression alignée du motif des électrodes arrière → séchage → cuisson à haute température (formation du contact ohmique).

3.14 Inspection et tri en fin de ligne

Contenu du processus : inspection EL (défauts, micro-fissures, fuites), test électrique IV (Voc, Isc, FF, Eff), inspection visuelle, classement et tri, emballage et stockage.

Équipement d'inspection : testeur EL, testeur IV, poste d'inspection visuelle.

Défis clés et points d'attention

Quelles sont les parties difficiles de la technologie TBC et où concentrer l'attention ?

• Contrôler l'uniformité d'épaisseur de l'oxyde tunnel ultra-mince est difficile

• Les deux étapes d'ouverture laser exigent une précision d'alignement extrêmement élevée

• Maintenir le masque auto-aligné BSG intact est le cœur du processus

• La gravure d'isolation interdigitée P/N est sujette aux fuites de bord

• L'impression des électrodes de contact arrière nécessite une précision d'alignement plus élevée que les cellules conventionnelles

• Gérer la décroissance de la durée de vie des porteurs minoritaires tout au long du flux est difficile

Paramètres SPC clés à surveiller

• Épaisseur de l'oxyde tunnel et épaisseur du poly-Si

• Morphologie d'ouverture laser et écart d'alignement pour les deux étapes

• Uniformité de la résistance de couche de la diffusion de bore et de phosphore

• iVoc et durée de vie des porteurs minoritaires PL suivis tout au long du flux

• Réflectance avant et morphologie de texturation

• Micro-fissures EL, fuites et état d'isolation des bords

Point de vue d'Ooitech

La technologie TBC repose sur les détails, et le masque auto-aligné BSG est le héros silencieux ici car il permet aux zones de phosphore et de bore de s'organiser sans une troisième étape de masque. Ce que nous surveillons le plus sur les lignes de modules, c'est comment ces cellules à contact arrière à haute Voc se comportent en aval lors du stringing et de la stratification, car leur métallisation entièrement arrière change la donne en matière d'interconnexion. Si vous voulez voir de vraies lignes de modules N-type en fonctionnement, notre chaîne YouTube www.youtube.com/ooitech contient des images d'usine qui valent le coup d'œil.