太陽(yáng)能電池?cái)U(kuò)散制結(jié)后的邊緣刻蝕工藝

隧穿氧化物鈍化接觸（TOPCon）技術(shù)仍吸引著光伏行業(yè)生產(chǎn)商的大量關(guān)注。然而，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，電池會(huì)遇到繞鍍和邊緣漏電流的問(wèn)題。這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電池的光學(xué)和電學(xué)性能下降，如開(kāi)路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)和填充因子(FF)。美能CLT210是專為RCA工藝段研究設(shè)計(jì)的漏電流測(cè)試儀，可以對(duì)230mm以下樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的測(cè)量，獲得樣品邊緣漏電流信息，幫助廠商改善生產(chǎn)環(huán)節(jié)中對(duì)繞鍍和邊緣漏電流等問(wèn)題。

擴(kuò)散后硅片背面、邊緣形成的擴(kuò)散層、雜質(zhì)層

硅片經(jīng)過(guò)擴(kuò)散制結(jié)后，在其表面（包括正面、背面以及四周邊緣）上會(huì)形成擴(kuò)散層和二氧化硅層。目前市面上大多數(shù)廠家生產(chǎn)都采用單面擴(kuò)散的方式，即硅片以成對(duì)背面貼背面的形式放置，但是擴(kuò)散雜質(zhì)氣體仍會(huì)穿過(guò)硅片之間的縫隙，所以硅片的另一面也會(huì)不可避免的擴(kuò)散進(jìn)雜質(zhì)。

TOPCON工序流程

在P型硅片上制PN結(jié)，擴(kuò)散的雜質(zhì)為磷，POCl3分解產(chǎn)生的P2O5沉積在硅片四周的表面，形成由磷原子、二氧化硅、和P2O5組成的混合物——磷硅玻璃（PSG）。在N型硅片上制PN結(jié)，擴(kuò)散過(guò)程中形成的為硼硅玻璃（BSG）。兩種雜質(zhì)層的去除工序相仿。

當(dāng)太陽(yáng)能電池實(shí)際應(yīng)用時(shí)，光照在電池正面產(chǎn)生的光生載流子會(huì)沿著四周邊緣的擴(kuò)散層和雜質(zhì)磷硅玻璃層流到電池的背面，從而降低太陽(yáng)能電池的并聯(lián)電阻，還會(huì)造成電極短路。

因此，太陽(yáng)能電池背面和邊緣的擴(kuò)散層以及磷硅玻璃層PSG必須去除。

邊緣刻蝕的三種工藝方式

1.等離子體刻蝕

目前等離子體刻蝕方法基本只在實(shí)驗(yàn)室中使用，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)不再使用。這種方法通常是先通過(guò)化學(xué)方式去除殘留的原生氧化物或擴(kuò)散氧化物，然后將硅片整齊的“堆疊”起來(lái)，方式類似于將硬幣堆成一堆。然后將堆疊的硅片放置在等離子室中，目前大多數(shù)使用CF4+O2或SF4+O2作為反應(yīng)氣體，產(chǎn)生的腐蝕性離子氣體將堆疊硅片的暴露邊緣蝕刻，從而有效的去除邊緣的擴(kuò)散硅。

等離子體刻蝕設(shè)備原理圖

該方式的優(yōu)點(diǎn)是刻蝕速率快，且各向同性，刻蝕后不會(huì)改變硅片的形貌。但對(duì)于刻蝕時(shí)間需要嚴(yán)格把控。較短的刻蝕時(shí)間會(huì)導(dǎo)致刻蝕不充分，邊緣的雜質(zhì)去除不干凈，導(dǎo)致PN結(jié)并聯(lián)電阻降低，甚至短路。而較長(zhǎng)的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致硅片邊緣過(guò)度損壞，從而損壞PN結(jié)，形成高復(fù)合區(qū)。

2.激光邊緣刻蝕隔離

激光邊緣刻蝕隔離，也叫激光劃線。使用激光在太陽(yáng)能電池正面靠近邊緣進(jìn)行燒蝕，形成具有一定深度的封閉溝槽，從而有效地切斷通向邊緣的電流路徑，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的正面電極與背面的PN結(jié)隔離絕緣。與其他工藝不同，激光摻雜邊緣隔離是在絲網(wǎng)印刷漿料并燒結(jié)后進(jìn)行的。

激光邊緣隔離示意圖

激光邊緣刻蝕隔離工藝本身不能提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，但在與其他工藝相比，可以顯著減小效率損失。

以上兩種工藝都屬于干法刻蝕邊緣方法，而濕法刻蝕是通過(guò)溶液腐蝕方法將不需要的雜質(zhì)去除。

3.濕法刻蝕

濕法刻蝕擴(kuò)散層，是通過(guò)硝酸將硅片背面和邊緣氧化，形成二氧化硅，氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)生成絡(luò)合物六氟硅酸，同時(shí)去除擴(kuò)散層與磷硅玻璃層PSG。主要反應(yīng)式如下：

HNO3+Si→SiO2+NOX↑+H2O

SiO2+4HF→SiF4+2H2O

SiO4+2HF→H2[SiF6]

2NO2+H2O→HNO3+HNO2

Si+4HNO2→SiO2+4NO+2H2O

HNO3+2NO+H2O→3HNO2

在刻蝕過(guò)程中，必須保證太陽(yáng)能電池的正面即PN結(jié)不被腐蝕。在這一要求下，目前硅片滾輪攜液刻蝕方法優(yōu)于漂浮刻蝕方法。

滾輪攜液刻蝕工藝微晶硅μc-Si：H薄膜

采用滾輪將溶液帶到硅片背面和周邊進(jìn)行刻蝕，硅片由滾輪拖著前行，液面比滾輪的上表面要低。利用滾輪上的毛細(xì)作用吸附硅片，使硅片在流動(dòng)的溶液中移動(dòng)時(shí)不會(huì)偏離位置和方向。

滾輪攜液方式的濕法刻蝕設(shè)備刻蝕原理示意圖

生產(chǎn)工藝總共分9個(gè)步驟進(jìn)行：裝硅片→水噴淋→邊緣腐蝕→沖洗→堿（KOH）清洗→沖洗→酸（HF）洗→沖洗→風(fēng)刀吹干→卸硅片

刻蝕工藝監(jiān)控檢測(cè)

硅片邊緣擴(kuò)散層和表面玻璃層被刻蝕后，還需要進(jìn)行外觀表面檢查和導(dǎo)電型號(hào)檢查。

外觀表面質(zhì)量檢查采用目視檢查和顯微鏡觀測(cè)。導(dǎo)電型號(hào)可以通過(guò)整流法檢測(cè)。通過(guò)金屬探針與半導(dǎo)體之間接觸，起到整流作用，形成非對(duì)稱電導(dǎo)。對(duì)于n型半導(dǎo)體，由金屬探針指向半導(dǎo)體為導(dǎo)通方向；對(duì)于p型半導(dǎo)體，由半導(dǎo)體指向金屬為導(dǎo)通方向。通過(guò)檢測(cè)硅片四周邊緣的電阻值，來(lái)判斷導(dǎo)通方向是否正確。

美能漏電流測(cè)試儀

美能漏電流測(cè)試儀CLT210可以對(duì)230mm以下樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的測(cè)量，獲得樣品邊緣漏電流信息。探針頭采用鍍金材質(zhì)，確保高機(jī)械精度和長(zhǎng)使用壽命。電流測(cè)試范圍：0.1μΩ~110 MΩ可涵蓋絕大部分應(yīng)用場(chǎng)景，可滿足行業(yè)內(nèi)對(duì)RCA工段漏電流的監(jiān)控需求，屬于業(yè)內(nèi)唯一一款可以實(shí)現(xiàn)量化兼顧定位功能的測(cè)試漏電流的儀器設(shè)備。

超寬測(cè)量范圍：0.1μΩ~110 MΩ

測(cè)量速度：~1秒/點(diǎn)

最大樣品尺寸：230 mm*230 mm

高精度定位一鍵自動(dòng)化測(cè)量

總之，目前的硅片刻蝕技術(shù)一直在不斷進(jìn)步，各種工藝方式都有優(yōu)缺點(diǎn)，都仍在不斷的改進(jìn)中，對(duì)應(yīng)的就需要相關(guān)的設(shè)備在工藝完成后進(jìn)行檢測(cè)，以判斷硅片擴(kuò)散后背面和邊緣形成的擴(kuò)散層和磷硅玻璃層是否完全去除。美能CLT210是專為RCA工藝段研究設(shè)計(jì)的漏電流測(cè)試儀，為幫助用戶在工藝質(zhì)量檢測(cè)進(jìn)行嚴(yán)格把控。

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