Aaron PV
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/ TOPCon 去绕镀，漏电研究 /
关键词：原位掺杂、非原位掺杂，槽式刻蚀，链式刻蚀，湿化学
关键结论
无氧化层存在时（经HF处理后），碱液 vs 碱+添加剂药液对poly-Si的有效腐蚀速率LPCVD方式相当，PECVD方式碱液腐蚀速率比碱+添加剂高50-60%。 自然氧化条件下（poly-Si自然氧化），碱液对poly-Si的有效腐蚀速率比碱+添加剂高2~3倍 退火过程成膜8nm厚度氧化层时，碱液对poly-Si有效腐蚀速率下降约2/3，碱+添加剂腐蚀速率下降70-90% 添加剂的加入，在氧化层存在条件下，疏水界面和亲水界面选择性腐蚀速率比可达30:1(LPCVD)和15:1（PECVD）以上
引子
晶硅TOPCon产业界量产主流方案为LPCVD vs PECVD方式，沉积poly-Si绕镀情况差异较大，对应湿法去绕镀解决方案有不同。
LPCVD方案，前表面+边缘区域均有绕镀poly-Si PECVD方案，主要是在边缘区域绕镀poly-Si 晶硅太阳能电池，高质量的边缘绝缘（即p区n区隔离）非常重要，否则会导致反向电流过大（通常说的漏电大），制备组件有热斑风险。
常见的去绕镀方法：
ADE干刻技术，Atmospheric Dry Etching CEI，chemical etching isolation 链式蚀刻HF/HNO3体系 槽式KOH碱刻蚀（主流方案） 链式碱刻蚀
文献研究：
LPCVD/PECVD方式TOPCon去绕镀所需的碱刻蚀时间，腐蚀速率 不同去绕镀条件反向电流表现，反向偏压12V条件下表现
实验方案
实验条件
硅片n型，从已工艺硅片分割20x20 尺寸样片，置于热碱溶液腐蚀，验证poly-Si腐蚀速率 poly-Si沉积：硅片沉积75nm厚度SiNx膜层后，分别用LPCVD vs PECVD方式沉积80nm厚度poly-Si(n) poly-Si成膜前先在硅片上沉积SiNx的目的：碱液（KOH）不与SiNx反应，碱腐蚀poly-Si刻蚀完成后到SiNx表面会有清晰界面，方便判定腐蚀时间。 LPCVD成膜方式：沉积温度~600℃ 沉积poly-Si，之后平台温度860℃条件下掺磷，典型poly-Si厚度 110~130nm PECVD成膜方式：沉积温度400-500℃沉积掺磷a-Si:H，之后900℃退火，典型膜厚80~120 nm 膜厚量测：632nm波长 椭偏仪
LPCVD方式沉积poly-Si折射率4.0，PECVD成膜a-Si:H折射率4.5，原因是PECVD成膜a-Si:H主要为非晶态，膜层H含量很高；而LPCVD成膜poly-Si为部分晶化，H含量较少。经退火后两种成膜方式折射率变为一致（晶化完成）。 LPCVD成膜poly-Si经P扩退火后poly-Si膜厚变为98nm，外加一层8nm厚度SiOx PECVD方式成膜a-Si经退火后膜厚降为90nm，外加一层8nm厚SiOx
电池片制备
Fraunhofer ISE PV-TEC中试线实验 156.75 mm x 156.75 mm n型Cz-Si，电阻率 1.4 Ω·cm 工艺流程：碱制绒→硼扩→去BSG（HF/HCl）→碱抛→臭氧热氧化生长隧穿氧化层→LPCVD/PECVD方式制备掺杂poly-Si，每组10片→去PSG→去绕镀→ALD→PECVD正背SiNx→丝印金属化→LECO→IV测试（Halm） 反向电流测试条件 -12V对应工业生产
腐蚀溶液：
1% HF去除氧化层，~60s 7wt% KOH，温度70℃，验证对poly-Si腐蚀速率 3wt% KOH/添加剂，70℃，验证添加剂在SiOx存在条件下腐蚀速率
实验结果
1 氧化层对碱液腐蚀poly-Si速率的影响
未经HF处理的样品相比经HF处理的样品，碱液对poly-Si的腐蚀速率相差4-8倍；碱+添加剂对poly-Si的腐蚀速率相差更大，对于退火态（氧化层厚度~8nm）组别，LPCVD方式差异30倍以上，PECVD方式差异15倍以上。 选择性腐蚀速率比，过HF和不过HF，碱液对poly-Si的腐蚀速率比值 有效腐蚀速率，包含初始对SiOx的低腐蚀速率和碱对poly-Si的较高腐蚀速率综合加权速率。 经HF处理后，碱液与碱+添加剂药液对于poly-Si的腐蚀速率基本相当（LP相同，PE略有差异） 添加剂的工作原理：降低亲水表面（退火氧化层）的腐蚀速率，来提升选择性腐蚀比率。
小结：
碱KOH腐蚀poly-Si前，需先去除氧化层，否则对poly-Si的腐蚀速率较低 对于表面有SiOx覆盖的poly-Si，添加剂的加入使得有效腐蚀速率变的更低
2 LPCVD and PECVD 电池片结果反向电流&并阻
LPCVD/PECVD poly-Si未去绕镀时，制备电池片漏电可达 3-10A 漏电流高，电池片制备成组件后会有热斑风险 边缘绕镀去除后，制备电池片漏电流可降至0.3A以下
红外热成像
边缘发亮位置对应poly-Si绕镀有残留，去除不充分
参考资料：
Wet chemical poly-Si(n) wrap-around removal for TOPCon solar cells https://doi.org/10.1051/epjpv/2024002
