TBC 태양전지 기술 (TOPCon 후면 접촉): 전체 공정 가이드
기술 개요
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TBC 전지란 무엇인가?
TBC는 TOPCon Back Contact의 약자입니다. TOPCon 패시베이션(터널 산화물 및 폴리실리콘)과 IBC(Interdigitated Back Contact) 구조를 융합하여 POLO-IBC 전지라고도 불립니다.
TOPCon 터널 산화물/폴리-Si 패시베이션과 IBC 후면 접촉 레이아웃을 심층 통합합니다. 이를 통해 TOPCon의 강력한 후면 패시베이션과 IBC의 전면 그리드라인 차폐 제거 장점을 모두 얻을 수 있으며, 모든 전류 수집이 후면으로 이동합니다. 결과적으로 더 높은 개방 전압과 더 높은 단락 전류를 얻을 수 있습니다. 차세대 주류 N형 고효율 기술 경로 중 하나입니다.
핵심 장점
No front metal gridlines, so front shading loss is removed and Isc goes up
TOPCon 터널 패시베이션이 후면 재결합을 낮추고 Voc를 높입니다.
교차형 P/N 후면 접촉 레이아웃이 캐리어 수집 경로를 최적화하고 직렬 저항을 줄입니다.
표준 TOPCon 및 표준 IBC와 비교하여 패시베이션 품질과 구조적 통합의 균형을 유지합니다.
기존 N형 라인의 대부분 핵심 장비와 호환되어 공정을 단계적으로 업그레이드할 수 있습니다.
기존 전지와의 비교
표준 TOPCon: 전면 그리드라인 차폐, 후면 전체 면적 TOPCon 패시베이션
표준 IBC: 후면 접촉 구조이지만, 패시베이션은 실리콘 산화물/질화 실리콘에 의존하며, 터널 폴리-Si 패시베이션이 없음
TBC (POLO-IBC): IBC 후면 접촉 구조에 TOPCon 터널 패시베이션이 통합되어 구조와 패시베이션이 모두 최적화됨
전체 공정 흐름 개요
웨이퍼 투입 → 전세정/소잉 데미지 제거 → 후면 터널 산화막 + 폴리-Si 증착 (LPCVD) → 후면 SiN 마스크 증착 → 1차 후면 레이저 오프닝 (붕소 영역) → 붕소 도핑 (p-poly) → 2차 후면 레이저 오프닝 (인 영역) → 인 도핑 (n-poly) → 세정으로 랩어라운드 확산/BSG/PSG 제거 → 후면 패시베이션막 증착 → 왁스 마스크 인쇄로 후면 보호 → 전면 텍스처링 + P/N 분리 식각 → 전면 및 후면 SiN 반사 방지 패시베이션막 증착 → 후면 금속 전극 스크린 인쇄 → 소성 → 전기 테스트 → 선별 및 포장
상세 공정 사양
3.1 세정 및 연마 (전세정 + 소잉 데미지 제거)
목적: 소잉 데미지 층, 표면 금속 불순물, 입자 및 오일 제거; 웨이퍼 단면 또는 양면 연마로 깨끗하고 평탄한 실리콘 베이스를 확보하고 이후 터널 층 증착의 균일성 유지.
주요 장비: 인라인 습식 세정 및 연마 라인, 알칼리 연마조, 산 세정조.
주요 화학물: 강알칼리 (NaOH/KOH), HF, HCl, IPA, 텍스처링 첨가제, 계면활성제.
주요 모니터링 항목:
연마 중량 손실: 전자저울
표면 반사율: 반사율 측정기
소수 캐리어 수명 iVoc: WCT-120 과도 수명 측정기
캐리어 재결합 이미징: PL 측정기 (R3-PL)
표면 거칠기 및 청결도: 광학 현미경
품질 관리: 소잉 데미지 완전 제거, 표면에 얼룩이나 단차 없음, 균일한 중량 손실, 현저한 수명 저하 없음.
3.2 터널 산화막 + 폴리-Si 증착
목적: 웨이퍼 후면에 초박형 터널 산화막 (SiO₂)을 성장시킨 후 진성 폴리-Si 층을 증착하여 강력한 전계 및 화학적 패시베이션과 낮은 후면 재결합을 제공하는 핵심 TOPCon 패시베이션 구조 형성.
주요 장비: 튜브 LPCVD.
가스 소스: SiH₄, O₂, N₂ (캐리어/퍼지).
주요 항목:
다결정 실리콘 두께: 다결정 두께 측정기, 엘립소미터
터널 산화물 두께: ECV, 엘립소미터
iVoc (WCT-120)
PL 균일도
면저항 (도핑 전 진성 다결정 모니터링)
품질 관리: 산화막이 초박형이고 균일하며, 다결정 실리콘이 치밀하고 핀홀이 없으며, 웨이퍼 전체에 걸쳐 두께 일관성이 우수해야 함.
3.3 후면 SiN 마스크 증착
목적: 진성 다결정 실리콘 위에 치밀한 질화규소(SiNₓ) 층을 증착하여 후속 레이저 개구 및 도핑 공정의 차단 마스크 역할을 하게 하여 선택적 도핑 영역을 가능하게 함.
주요 장비: PECVD.
가스 소스: SiH₄, NH₃, N₂.
핵심 항목: SiN 두께(분광 엘립소미터), 굴절률 및 균일도, iVoc, PL 균일도.
품질 관리: 치밀한 마스크, 핀홀 없음, 균일한 두께로 도핑 격리 보장.
3.4 첫 번째 후면 레이저 개구 (붕소 확산 창)
목적: 붕소 확산 영역 위의 SiN 마스크를 국부 레이저 어블레이션으로 선택적으로 제거하고 아래의 진성 다결정 실리콘은 유지하여 후속 p형 다결정을 위한 창을 염.
주요 장비: 파이버/나노초 또는 피코초 레이저 개구 시스템, 고정밀 레이저 패터닝 도구.
공정 튜닝: 레이저 출력, 반복률, 스캔 속도 및 스폿 중첩을 조정하여 상단 SiN 마스크만 제거되고 아래의 진성 다결정 실리콘은 손상되지 않도록 하여 패시베이션 베이스를 그대로 유지.
핵심 특성화: 광학 현미경으로 그루브 형상, 가장자리 무결성, 다결정 층이 탔는지 여부 확인.
3.5 후면 붕소 도핑 (p-폴리)
목적: 개구 영역의 진성 다결정 실리콘에 붕소를 확산시켜 p형 고농도 도핑 다결정(p-폴리)으로 변환하고 표면에 BSG를 형성. BSG는 이후 인 확산의 자연 차단 마스크 역할을 함.
주요 장비: 튜브 붕소 확산로.
공정 매체: 액체 소스 BBr₃; 분위기 O₂, N₂.
핵심 특성화: p-영역 면저항, 도핑 균일도, BSG 피복 무결성, PL 도핑 균일도.
품질 관리: 충분한 붕소 도핑, 균일한 면저항, 연속적이고 완전한 BSG로 국부적 갭 없음.
3.6 후면 레이저 개구 (인 확산 창)
목적: 남아있는 SiN 마스크를 제거하여 도핑되지 않은 진성 폴리-Si를 n형 인 도핑 영역으로 노출시키고, 이미 형성된 BSG 층을 레이저 손상으로부터 보호합니다.
주요 장비: 레이저 패터닝/개구 시스템.
공정 초점: BSG 층을 관통하지 않도록 정밀한 레이저 에너지 제어를 통해 P와 N 영역 사이의 깨끗한 절연 경계를 유지합니다.
3.7 후면 인 도핑 (n-폴리)
목적: 두 번째 창의 진성 폴리-Si에 인을 확산시켜 n형 고농도 도핑 폴리(n-폴리)를 형성합니다. 이전 단계에서 형성된 BSG는 자기 정렬 마스크 역할을 하여 인이 p-폴리 영역으로 확산되는 것을 차단하고 P/N 영역의 자기 절연을 달성합니다.
주요 장비: 튜브 인 확산로.
공정 매체: 액체 소스 POCl₃; 분위기 O₂, N₂.
핵심 원리: 잔류 BSG는 자연 확산 장벽 역할을 하여 p-폴리 영역의 인 오염을 방지합니다. 인 확산 후 BSG는 부분적으로 붕소-인 혼합 산화물로 변환되어 절연을 더욱 강화합니다.
핵심 특성 평가: n-영역 면저항, P/N 경계 절연, 누설 전류 추세 모니터링.
3.8 랩어라운드 확산 제거를 위한 세정 (BSG/PSG 제거)
목적: 모든 BSG, PSG 및 표면 잔류물을 화학적으로 제거하고, 가장자리 랩어라운드 및 측면 도핑 층을 제거하여 가장자리 누설을 방지합니다.
주요 장비: 인라인 습식 세정 라인.
주요 화학물: 주로 HF, 산성 첨가제 및 완충 산 시스템.
공정 보조: 청정 건조 공기 블로우오프, 열풍 건조.
품질 관리: 산화물 유리가 완전히 제거되고, 잔류물이 없는 깨끗한 표면, 가장자리에 랩어라운드 잔류물 없음.
3.9 후면 SiN 패시베이션 보호막 증착
목적: 후면 인터디지테이트 P/N 폴리 구조 위에 SiN 패시베이션 보호막을 증착하여 후면 접촉 영역을 패시베이션 및 보호하고 이후 공정에서 화학적 공격을 차단합니다.
주요 장비: PECVD.
가스 소스: SiH₄, NH₃, N₂.
특성 평가: SiN 두께, 굴절률, 막 균일도.
3.10 후면 왁스 마스크 코팅 (보호 마스크)
목적: 스크린 인쇄로 후면에 왁스 보호층을 완전히 코팅하여 형성된 P/N 후면 접촉 구조와 SiN 막을 보호하고, 이후 전면 식각이 후면 기능층을 공격하는 것을 방지합니다.
주요 장비: 스크린 프린터(왁스 인쇄 스테이션).
관리 초점: 완전한 왁스 인쇄, 인쇄 누락 없음, 핀홀 없음, 가장자리 밀봉이 잘 되어 후면이 전체 공정 동안 보호됩니다.
3.11 전면 화학 식각 + 왁스 제거 및 세정
목적:
웨이퍼 전면의 과도한 도핑 및 손상층 제거
전면을 텍스처링하여 피라미드 표면을 형성하고 전면 반사 감소
측면 식각을 통해 후면 P와 N 영역 간의 가장자리 분리를 달성하여 가장자리 누설 감소
마지막으로 후면 왁스 마스크를 제거하여 완전한 후면 접촉 구조 노출
주요 장비: 양면 인라인 습식 식각 및 텍스처링 라인.
주요 화학물질: 강알칼리(NaOH), HF, 텍스처링 첨가제, 완충 식각액.
가스 공급원: 청정 압축 공기, N₂ 블로우오프.
품질 관리: 균일한 전면 텍스처링, 적격한 피라미드 형태, 적절한 P/N 분리, 누설 경로 없음, 깨끗한 왁스 제거 및 잔류물 없음.
3.12 전면 및 후면 SiN 반사 방지 패시베이션 막
목적: 전면에 SiN 반사 방지 패시베이션 막을 증착하여 반사 방지 및 표면 패시베이션을 모두 제공하고, 후면 패시베이션 막을 추가 및 최적화하여 패시베이션과 신뢰성을 더욱 향상시킵니다.
주요 장비: PECVD.
가스 소스: SiH₄, NH₃, N₂.
특성: 전면 및 후면 막 두께, 굴절률, 소수 캐리어 수명, 반사율.
3.13 후면 전극 스크린 인쇄 및 소성
목적: 후면 P 영역에 은-알루미늄 전극을, n형 폴리 영역에 은 전극을 인쇄하여 인터디지테이트 백 컨택트 양극 및 음극을 형성한 후, 고온 소성을 통해 금속과 도핑된 폴리-Si 간의 오믹 접촉을 형성합니다.
주요 장비: 전용 백 컨택트 스크린 프린터, 인라인 소성로.
주요 단계: 후면 전극 패턴 정렬 인쇄 → 건조 → 고온 소성(오믹 접촉 형성).
3.14 후공정 검사 및 분류
공정 내용: EL 검사(결함, 미세 균열, 누설), IV 전기 테스트(Voc, Isc, FF, Eff), 외관 검사, 등급 분류 및 선별, 포장 및 입고.
검사 장비: EL 테스터, IV 테스터, 외관 검사 스테이션.
주요 과제와 집중해야 할 사항
TBC 기술의 어려운 부분은 무엇이며, 어디에 주의를 기울여야 합니까?
초박형 터널 산화물의 두께 균일성 제어가 어렵습니다.
두 번의 레이저 오프닝 단계는 매우 높은 정렬 정밀도를 요구합니다.
BSG 자기 정렬 마스크를 손상 없이 유지하는 것이 공정의 핵심입니다.
P/N 인터디지테이티드 분리 식각은 가장자리 누설이 발생하기 쉽습니다.
후면 접촉 전극 인쇄는 기존 셀보다 더 높은 정렬 정밀도가 필요합니다.
전체 공정에서 소수 캐리어 수명 감소를 관리하는 것이 어렵습니다.
주요 SPC 파라미터 확인 사항
터널 산화물 두께 및 폴리-Si 두께
두 단계의 레이저 오프닝 형태 및 정렬 편차
붕소 및 인 확산의 면저항 균일성
전체 공정에서 추적된 iVoc 및 PL 소수 캐리어 수명
전면 반사율 및 텍스처링 형태
EL 미세 균열, 누설 및 가장자리 분리 상태
Ooitech의 견해
TBC는 세부 사항에 달려 있으며, BSG 자기 정렬 마스크는 여기서 조용한 영웅입니다. 인과 붕소 영역이 세 번째 마스크 단계 없이 스스로 정렬되도록 해주기 때문입니다. 모듈 라인에서 가장 주목하는 것은 이러한 고Voc 후면 접촉 셀이 스트링 및 라미네이션 하류에서 어떻게 작동하는지입니다. 후면 전체 금속화가 상호 연결 방식을 바꾸기 때문입니다. 실제 N형 모듈 라인이 가동되는 모습을 보고 싶다면, 저희 YouTube 채널 www.youtube.com/ooitech 에 공장 영상이 있으니 확인해 볼 만합니다.
