1. LPCVD for a-Si deposition
LPCVD是在低压条件下沉积a-Si/多晶硅层的重要工艺之一。该技术的主要优点是:1)沿晶圆和晶圆的厚度分布良好 c)由于使用了接近600◦c的相对较低的沉积温度,所以保持了之前在晶圆中形成的杂质轮廓,d)每批大量的晶圆,e)恒定掺杂轮廓的原位掺杂选项。
对于本工作中研究的TOPCon概念,需要在太阳能电池背面沉积磷掺杂的a- si /多晶硅层(a- si (n)/多晶硅(n))。这里,硅烷(SiH4)被用作硅沉积的前驱体,选择性地使用稀释的PH3(在N2中)在层中加入掺杂剂。沉积压力、硅烷浓度、掺杂剂含量对沉积层性能有影响,沉积温度对沉积层性能影响最大。
在相同的工艺条件下,掺杂气体的掺杂对薄膜生长有显著影响,即硅沉积速率。例如,根据工艺条件的不同,PH3的加入会使沉积速率降低几倍。这导致了LPCVD a- si沉积的两种方法- a)沉积内在的a- si /多晶硅层,接着是一个非原位POCl3管扩散过程形成多晶硅(n)层,b)沉积原位掺杂a- si (n)/多晶硅(n)层和随后的氮气中热退火。
我们计算了相同厚度为150 nm的本征层和掺磷层的COO,认为原位掺杂生长层的沉积速率比本征层低约36%。如果原位沉积磷掺杂层而不是原位的a-Si层,可以观察到LPCVD步法的COO增加了近15%。
在这里,主要的成本驱动因素之一是由于LPCVD工具的使用时间显著延长而降低了吞吐量过程持续时间,直接增加了所有的固定成本。磷掺杂层的额外PH3的成本贡献较小,而相应的SiH4的成本约为其20倍,主要承担工艺耗材成本。
2 工业上可行的LPCVD TOPCon路线
值得注意的是,尽管150 nm LPCVD a/poly-Si(n)的COO几乎是15%abs。当LPCVD a/poly-Si (i)大于150 nm时,可以适应掺杂a/poly-Si层的工艺路线将近18%的提高。这里,LPCVD原位TOPCon得益于POCl3扩散步骤的缺失。此外,在给定的假设下,退火和氧化过程结合在一个单一的处理与LPCVD TOPCon exsitu相比,LPCVD TOPCon insitu也具有较少的工艺步骤。
3 总拥有成本(TCO)与PERC的比较
观察到,TOPCon路线的湿化学工艺总COO增加,主要是由于额外的玻璃刻蚀、SSE(poly)和清洗工艺的要求步。扩散和退火过程包括POCl3和BBr3的掺杂、选择性激光掺杂和a-Si层的高温退火步骤。TOPCon路线的COO中扩散与退火在这里明显高,由于: a)过程持续时间更长BBr3扩散相比POCl3-based过程导致显著降低吞吐量,和b)要求额外的POCl3——掺杂过程或高温退火步骤晶硅层。
钝化工艺包括热氧化、LPCVD多晶硅沉积、PECVD AlOx/a-SiNx堆栈和a-SiNx:H层的PECVD沉积。对于TOPCon路由,需要一个额外的LPCVD对PERC的沉积步骤,通常预计会增加成本钝化过程。然而,对于LPCVD TOPCon原位结合,温度退火与氧化在一个单一的过程步骤,工艺成本降低。
金属化成本包括焊盘(Ag)和栅格(Al和Ag/ Ag-Al)的丝网印刷,以及快速烧成过程。对于双面p-PERC,激光接触打开和再生过程步骤也包括在“金属化”类别中。事实上,在TOPCon电池的COO中,很大一部分工艺耗材成本主要与金属化过程中的高Ag消耗有关。因此,为了进一步降低TOPCon电池的COO,需要显著降低Ag消耗。这主要是由于需要在两侧印刷银基栅格以形成低接触电阻率的接触。
图6比较了双面p-PERC和TOPCon金属化步骤的COO用于各种Ag还原方案的电池。最乐观的方案是将电池的Ag消耗量减少50%
综上所述,TOPCon在电池水平上的TCO明显更高与p-PERC。然而,LPCVD TOPCon原位路线提供了较低的COO。
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