TOPCon سولر سیل مینوفیکچرنگ کا عمل: مرحلہ وار

مختصر جواب: TOPCon سولر سیل مینوفیکچرنگ کا عمل ایک N-type مونوکرسٹلائن سلکان ویفر کو کنٹرول شدہ مراحل کی ایک طویل ترتیب کے ذریعے ایک مکمل ہائی ایفیشنسی سیل میں تبدیل کرتا ہے۔ یہ ٹیکسچرنگ سے شروع ہوتا ہے تاکہ روشنی پھنسانے والی سطح بنائی جائے، پھر بوران ڈفیوژن سے emitter بنایا جاتا ہے اور لیزر SE سے رابطہ والے علاقوں کو ہیوی ڈوپ کیا جاتا ہے، جس کے بعد annealing اور الکلائن پالشنگ ہوتی ہے۔ فیصلہ کن مراحل اس کے بعد آتے ہیں: RCA کلیننگ، انتہائی پتلی ٹنل آکسائیڈ کی نشوونما، اور PE-poly یا LPCVD کے ذریعے ڈوپڈ پولی سلکان لیئر کا جمع ہونا۔ اینٹی ریفلیکٹو کوٹنگ، اسکرین پرنٹنگ کے ذریعے میٹالائزیشن، اور فائرنگ سیل کو مکمل کرتی ہیں۔ پروسیس ونڈوز تنگ ہیں — بوران ڈفیوژن تقریباً 900°C پر چلتا ہے، LPCVD پولی سلکان ڈیپوزیشن تقریباً 600°C پر، اور فائرنگ کی چوٹی 920°C کے قریب پہنچتی ہے — اور ہر مرحلہ حتمی ایفیشنسی کے ایک حصے کو کنٹرول کرتا ہے۔ ٹیسٹنگ اور سورٹنگ سیلز کو کرنٹ کے مطابق بناتی ہیں اس سے پہلے کہ وہ اسٹرنگنگ کے لیے روانہ ہوں۔

PV ماڈیول مینوفیکچرنگ · از جیری، Ooitech

تعارف

مونو کرسٹل لائن این ٹائپ TOPCon سولر سیلز فوٹو وولٹک انڈسٹری میں سب سے زیادہ امید افزا ہائی ایفیشنسی ٹیکنالوجیز میں سے ایک بن گئے ہیں۔ ان کی پیداوار میں احتیاط سے کنٹرول شدہ مراحل کی ایک طویل زنجیر شامل ہے، جس میں ٹیکسچرنگ، بوران ڈفیوژن، لیزر SE، اینیلنگ، الکلائن پالشنگ، PE-poly، اینیلنگ، RCA کلیننگ، کوٹنگ، میٹالائزیشن اور حتمی ٹیسٹنگ اور چھانٹی شامل ہیں۔ اس مضمون میں، ہم ہر اہم پروسیس مرحلے پر روشنی ڈالتے ہیں اور بتاتے ہیں کہ یہ کیوں اہم ہے۔

1. ٹیکسچرنگ (TEX)

ٹیکسچرنگ کا مقصد

ٹیکسچرنگ کا مقصد ویفر کی سطح پر مکینیکل نقصان کی تہہ کو ہٹانا اور اہرام نما ٹیکسچرڈ سطح بنانا ہے جو روشنی کے جذب کو بڑھاتی ہے۔ سطح کی عکاسی کو کم کرکے، شارٹ سرکٹ کرنٹ (Isc) بہتر ہوتا ہے، جو بالآخر سیل کی فوٹو الیکٹرک کنورژن ایفیشنسی کو بڑھاتا ہے۔

ویٹ ایچنگ آج کل ٹیکسچرنگ کا مرکزی دھارا ہے۔ ویفر کی سطح پر دھاتی آئنز، نقصان کی تہیں اور دیگر آلودگی ری کمبینیشن سینٹرز کا کام کرتی ہیں۔ چونکہ الگ ہوئے الیکٹرانز اور ہولز کو ویفر کی سطح پر سفر کرکے جمع ہونا ضروری ہے، یہ ری کمبینیشن سینٹرز مائنرٹی کیریئر لائف ٹائم کو کم کرتے ہیں، جس کی وجہ سے کیریئرز بیرونی کرنٹ کے طور پر آؤٹ پٹ ہونے سے پہلے ری کمبین ہو جاتے ہیں۔ سطح کی آکسائیڈ تہیں اور نامیاتی آلودگی AlOx اور SiNx تہوں کی ڈیپوزیشن اور پیسیویشن کے معیار کو بھی متاثر کرتی ہیں، لہذا سطح کی مکمل صفائی انتہائی اہم ہے اور سیل کی ایفیشنسی پر براہ راست اثر ڈالتی ہے۔

ری ایکشن کا اصول

ٹیکسچرنگ کرسٹل لائن سلکان کی اینیسوٹروپک ایچنگ خاصیت پر منحصر ہے، جہاں کم ارتکاز والی الکلی اور ایڈیٹیوز مختلف کرسٹل اورینٹیشنز کو مختلف شرحوں پر ایچ کرتے ہیں۔ (110) اور (100) پلینز پر ایچ ریٹ (111) پلین کے مقابلے میں بہت زیادہ ہے۔ مخصوص ایچنگ وقت کے بعد، مونو کرسٹلائن ویفر کی سطح پر (111) پلینز پر مشتمل چار "اہرام" ڈھانچے رہ جاتے ہیں۔

کرسٹل پلینز میں ایٹموں کی ترتیب مختلف ہوتی ہے، جس کی وجہ سے ایچ ریٹ مختلف ہوتے ہیں:

• (100) پلین: نسبتاً ڈھیلی ایٹمی ترتیب جس میں زیادہ کیمیائی بانڈز بے نقاب ہوتے ہیں، جو تیز ترین ایچ ریٹ دیتا ہے۔

• (110) پلین: (100) اور (111) کے درمیان ایٹمی کثافت، (100) سے تیز لیکن قدرے کم ایچ ریٹ کے ساتھ۔

• (111) پلین: سب سے زیادہ مضبوطی سے بھری ایٹمی ترتیب، جس میں کیمیائی بانڈز پر حملہ کرنا مشکل ہوتا ہے، جو سست ترین ایچ ریٹ دیتا ہے۔

ٹیکسچرنگ ایڈیٹیوز کا کردار

ایڈیٹیوز سلکان کی سطحی تناؤ کو کم کرتے ہیں، ری ایکشن کے دوران بننے والے ہائیڈروجن بلبلوں کے اخراج کو فروغ دیتے ہیں، اور اہراموں کو زیادہ یکساں بناتے ہیں۔ وہ ویفر کی سطح اور ری ایکشن محلول کے درمیان گیلا پن کو بہتر بناتے ہیں، NaOH محلول کی ایچنگ طاقت کو کمزور کرتے ہیں، نیوکلیشن پوائنٹس اور نیوکلیشن کثافت کو بڑھاتے ہیں، اور بڑی تعداد میں چھوٹے اہراموں کی تشکیل کو فروغ دیتے ہیں۔ عام طور پر، ایڈیٹیو کی خصوصیات ٹیکسچرڈ اہرام سطح پر سب سے زیادہ براہ راست اثر ڈالتی ہیں۔

پروسیس فلو

ٹیکسچرنگ کی ترتیب میں عام طور پر شامل ہیں: NaOH اور H2O2 کے ساتھ پری کلیننگ (60°C پر الٹراسونک کلیننگ کی مدد سے، اس کے بعد خالص پانی سے rinsing) نامیاتی مادوں، دھاتی نجاستوں اور saw نقصان کو دور کرنے کے لیے؛ تقریباً 0.6% NaOH اور 0.4% ایڈیٹیو کا استعمال کرتے ہوئے 82°C پر 420 سیکنڈ تک الکلائن ٹیکسچرنگ اہرام ٹیکسچر بنانے کے لیے؛ بقایا نامیاتی مادوں کو دور کرنے کے لیے پوسٹ کلیننگ؛ بقایا الکلی کو نیوٹرلائز کرنے اور آکسائیڈ تہہ کو ہٹانے کے لیے پتلا تیزاب (3.15% HCl + 7.1% HF) استعمال کرتے ہوئے ایسڈ کلیننگ؛ سطحی تناؤ کے ذریعے پانی کی فلم کو ہٹانے کے لیے سست پل آؤٹ پری ڈی ہائیڈریشن؛ اور آخر میں 90°C گرم ہوا سے خشک کرنا۔

2. بوران ڈفیوژن (B Diff)

مقصد

زیادہ درجہ حرارت پر، بوران کے ایٹم N-type ویفر کی سطح میں پھیل کر PN جنکشن بناتے ہیں۔ PN جنکشن کا بلٹ اِن فیلڈ فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کو الگ کرتا ہے تاکہ بیرونی طور پر کرنٹ آؤٹ پٹ ہو سکے۔ P-type ویفرز، جن میں ہول کا ارتکاز زیادہ ہوتا ہے، جنکشن بنانے کے لیے فاسفورس ڈوپنگ استعمال کرتے ہیں؛ N-type ویفرز، جن میں الیکٹران کا ارتکاز زیادہ ہوتا ہے، بوران ڈوپنگ استعمال کرتے ہیں۔

پروسیس کا اصول

بوران ٹرائی کلورائیڈ (BCl3) 800-900°C پر کوارٹز ٹیوب سے گزرتا ہے اور آکسیجن کے ساتھ ری ایکٹ کرکے B2O3 بناتا ہے، جو نائٹروجن کیریئر گیس کے ساتھ ویفر کی سطح پر جمع ہوتا ہے اور Si کے ساتھ ری ایکٹ کرکے بوران کے ایٹم پیدا کرتا ہے، جس سے بوروسیلیکیٹ گلاس (BSG) تہہ بنتی ہے۔ پھر بوران کے ایٹم ویفر میں پھیل کر PN جنکشن بناتے ہیں۔ BCl3 ایک بے رنگ دھواں دار مائع یا گیس ہے جس کی کثافت 1.35 kg/m3، پگھلنے کا نقطہ -107.3°C اور ابلنے کا نقطہ 12.5°C ہے۔ یہ غیر آتش گیر، جلن پیدا کرنے والی اور تیز بو والی ہے، پانی میں تحلیل ہو کر ہائیڈروجن کلورائیڈ اور بورک ایسڈ بناتی ہے جس سے نمایاں حرارت خارج ہوتی ہے۔ درمیانی پروڈکٹ B2O3، جس کا پگھلنے کا نقطہ 450°C اور ابلنے کا نقطہ 1860°C ہے، پورے عمل کے دوران مائع رہتا ہے اور کوارٹز اجزاء کے لیے شدید corrosive ہے۔

بوران ڈفیوژن فاسفورس ڈفیوژن سے زیادہ مشکل ہے، لہذا TOPCon روٹ آلات پر زیادہ تقاضے رکھتا ہے، جس میں زیادہ یکسانی، زیادہ ڈفیوژن درجہ حرارت (عام طور پر 1000°C سے اوپر) اور طویل ڈفیوژن اوقات (فلم کی تشکیل میں اکثر 240 منٹ تک لگتے ہیں) شامل ہیں، جو جنکشن بنانے کے مرحلے پر آلات اور پیداواری لاگت کو بڑھاتا ہے۔

پروسیس فلو

ڈفیوژن دو طریقوں سے کیا جاتا ہے۔ پری ڈیپوزیشن ڈفیوژن (BSG ڈیپوزیشن مرحلہ) کم درجہ حرارت استعمال کرتا ہے اور ویفر کو سیر شدہ نجاست کے ماحول میں رکھتا ہے، لہذا سطح کی نجاست کا ارتکاز مستقل رہتا ہے؛ اسے مستقل سطح ماخذ ڈفیوژن کہا جاتا ہے۔ ری ڈسٹری بیوشن ڈفیوژن بوران کو BSG سے ویفر میں زیادہ درجہ حرارت پر آکسیجن سے بھرپور ماحول میں بیرونی نجاستوں کے بغیر دھکیلتا ہے؛ یہاں سطح کا ارتکاز وقت کے ساتھ بدلتا ہے، جسے محدود سطح ماخذ ڈفیوژن کہا جاتا ہے، جس میں گاؤشی نجاست کی تقسیم ہوتی ہے۔

عام پروسیس مراحل یہ ہیں: کم دباؤ تک پہنچنے کے لیے ویکیوم پمپنگ؛ ڈفیوژن درجہ حرارت (800-900°C) تک گرم کرنا؛ درجہ حرارت برقرار رکھتے ہوئے دباؤ کو مزید کم کرنا؛ کم دباؤ میں لیک ڈیٹیکشن؛ اگلے ڈفیوژن مرحلے کو سست کرنے اور بوران ڈفیوژن کو زیادہ یکساں بنانے کے لیے 1nm SiO2 تہہ بنانے کے لیے پری آکسیڈیشن؛ فعال پری ڈیپوزیشن اور غیر فعال ڈرائیو اِن کے لیے بوران ماخذ متعارف کراتے ہوئے ڈفیوژن/ڈیپوزیشن؛ ڈفیوژن کی شرح اور گہرائی بڑھانے کے لیے 900°C سے اوپر مزید گرم کرنا؛ بوران کی مقدار کو کنٹرول کرنے، جنکشن کو گہرا کرنے، حفاظتی تہہ بنانے اور سبسٹریٹ کی نجاستوں کو گیٹر کرنے کے لیے 100nm سے زیادہ SiO2 تہہ بنانے کے لیے پوسٹ آکسیڈیشن؛ محفوظ ٹیوب کھولنے کے درجہ حرارت تک ٹھنڈا کرنا؛ اور N2 کے ساتھ ویکیوم توڑ کر فضا کا دباؤ بحال کرنا۔

3. BSG ہٹانا اور الکلائن ایچنگ

BSG ہٹانا

بورون ڈفیوژن کے بعد، ویفر کے عقبی حصے اور کناروں پر ایک موٹی BSG تہہ (40-100nm آکسائیڈ) ہوتی ہے۔ یہ بوروسیلیکیٹ گلاس تہہ بعد کے عمل کو بری طرح متاثر کرتی ہے اور PN جنکشن لیکیج کا سبب بن سکتی ہے، لہٰذا ڈوپنگ کے بعد کیمیائی اینچنگ اور صفائی ضروری ہے۔ الکلائن اینچنگ سے پہلے، ایک ان لائن سنگل سائیڈ HF عمل عقبی اور کنارے کی BSG کو ہٹاتا ہے، جبکہ سامنے کی BSG کو الکلائن اینچنگ کے دوران ماسک کے طور پر محفوظ رکھا جاتا ہے تاکہ سامنے کے ڈھانچے کی حفاظت ہو۔

ویفر سب سے پہلے ان لائن HF صفائی کے آلات میں داخل ہوتی ہے، جہاں تقریباً 60% HF عقبی BSG کو محلول میں تحلیل کرتا ہے جبکہ پانی کی ایک فلم سامنے کی BSG کی حفاظت کرتی ہے، اس کے بعد تقریباً 0.5 منٹ کی خالص پانی سے rinsing ہوتی ہے۔ ترتیب میں شامل ہے: SiO2 کی hydrophilicity استعمال کرتے ہوئے پانی کی فلم لگا کر سامنے کی BSG کی حفاظت؛ عقبی اور کنارے کی BSG کی HF اینچنگ؛ ممکنہ طور پر آلودہ پانی کی فلم کو تازہ کرنے کے لیے واٹر گن مرحلہ؛ بقایا HF ہٹانے کے لیے پانی سے دھلائی؛ بقایا ناپاک آئنوں کو ہٹانے کے لیے تیزاب سے صفائی؛ اور سامنے کی پانی کی فلم کو خشک کرنا۔

الکلائن اینچنگ

الکلائن اینچنگ کا مقصد عقبی حصے اور کناروں پر PN جنکشن کو ہٹانا ہے تاکہ لیکیج کو روکا جا سکے، اور عقبی passivation کی تیاری کے لیے ایک یکساں، صاف عقبی شکل بنانا ہے۔

دو بنیادی طریقے ہیں۔ سیکنڈری ٹیکسچرنگ اصولی طور پر پہلی ٹیکسچرنگ کی طرح ہے، لیکن additive کو BSG اور alkali کے درمیان ردعمل کی شرح کم کرنی چاہیے۔ الکلائن پالشنگ زیادہ ارتکاز والے alkali اور additives استعمال کرتی ہے تاکہ alkali-سلیکون ردعمل کو تیز کیا جا سکے، anisotropic اینچنگ خصوصیت کو کمزور کیا جا سکے اور ایک انتہائی منعکس پالش شدہ شکل بنائی جا سکے۔ الکلائن اینچنگ additive سامنے کی BSG کی حفاظت کرتا ہے، alkali کے ساتھ اس کی ردعمل کی شرح کم کرتا ہے تاکہ زیادہ اینچنگ سے بچا جا سکے، بعد کے مراحل کے لیے BSG کو ماسک کے طور پر برقرار رکھتا ہے، سطحی تناؤ کم کرتا ہے تاکہ ہائیڈروجن کے بلبلے خارج ہوں، گیلے پن کو بہتر بناتا ہے اور nucleation density بڑھاتا ہے۔

4. ڈیپوزیشن اور کوٹنگ

یہ مرحلہ Tunnel Oxide (TOX)، Poly-Si تہہ اور Mask جمع کرتا ہے۔ ڈیپوزیشن بنیادی طور پر ویکیوم vapor phase میں ہوتی ہے اور اسے Physical Vapor Deposition (PVD)، Chemical Vapor Deposition (CVD) اور Atomic Layer Deposition (ALD) میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ PVD کسی مادے کے ماخذ کو ایٹموں، مالیکیولوں یا آئنوں میں بخارات بناتا ہے اور کم دباؤ میں اسے substrate پر جمع کرتا ہے؛ CVD substrate پر کیمیائی ردعمل کے ذریعے deposits پیدا کرتا ہے؛ اور ALD مادہ کو ایک ایک ایٹمی تہہ کے طور پر تہہ در تہہ جمع کرتا ہے۔

Tunnel Oxide Layer (TOX)

ٹنل آکسائیڈ تہہ quantum tunneling اثر پر مبنی ہے، جو ایک انتہائی پتلی آکسائیڈ (عام طور پر 1-2nm) کو رکاوٹ کے طور پر استعمال کرتی ہے۔ n-type سلیکون substrate اور doped poly-Si تہہ کے درمیان، یہ carrier-selective transport کو ممکن بناتی ہے: الیکٹران (اکثریتی carriers) آکسائیڈ کے ذریعے poly-Si تہہ میں tunnel کرتے ہیں، جبکہ holes (اقلیتی carriers) کو زیادہ رکاوٹ کی بلندی (تقریباً 4.5-4.8eV) کا سامنا ہوتا ہے اور وہ روک دیے جاتے ہیں۔ یہ band bending اور field-effect passivation بھی پیدا کرتی ہے، جہاں doped poly-Si اور substrate کے درمیان work function کا فرق interface energy bands کو موڑتا ہے اور ایک electrostatic field بناتا ہے جو اکثریتی carriers بڑھاتا ہے اور اقلیتی carriers کو دور کرتا ہے، جس سے interface recombination مزید کم ہوتی ہے۔

آکسائیڈ thermal oxidation (LPCVD کے ساتھ مطابق) یا PECVD، PEALD اور thermal oxidation (PECVD کے ساتھ مطابق) کے ذریعے تیار کی جا سکتی ہے۔ فلم کی کثافت کے لحاظ سے، PEALD بہترین passivation دیتی ہے لیکن آلات کی لاگت زیادہ ہوتی ہے، جبکہ thermal oxidation اور PECVD بہتر معاشیات پیش کرتے ہیں۔ ALD عام طور پر تقریباً 0.7nm، thermal oxidation تقریباً 1.3nm دیتی ہے، اور tunneling میکانزم عام طور پر 1.6nm سے کم موٹائی پر حاصل ہوتا ہے۔ LPCVD زیادہ پختہ ہے، جس کے فوائد جیسے آسان کنٹرول اور اعلیٰ فلمی معیار ہیں، لیکن سامنے کے کنارے پر wrap-around doped poly-Si تہہ بنانے کا رجحان رکھتا ہے جسے صاف کرنا ضروری ہے، اور اس کی فلم کی شرح سست ہے۔ PECVD poly-Si ایک نیا ٹیکنالوجی ہے جس میں تیز ڈیپوزیشن، in-situ doping اور کم wrap-around ہے، لیکن اس کی پختگی کو ابھی بہتری کی ضرورت ہے اور اسے دھول، زیادہ ہائیڈروجن مواد اور زیادہ درجہ حرارت annealing کے دوران بلبلے بننے کا سامنا ہو سکتا ہے۔

Poly-Si تہہ

Polycrystalline silicon (Poly) بے شمار چھوٹے سلیکون grains سے بنا ہوتا ہے، جن کے grain sizes عام طور پر دسیوں سے سینکڑوں نینو میٹر تک ہوتے ہیں اور ان کے درمیان grain boundaries ہوتی ہیں۔ poly-Si تہہ عام طور پر فاسفورس-doped ہوتی ہے تاکہ انتہائی doped n-type poly-Si بنے، جس سے conductivity بہتر ہوتی ہے، carrier-selective transport ممکن ہوتا ہے اور substrate کے ساتھ اچھا ohmic contact بنتا ہے۔

Poly-Si کی تیاری میں ڈیپوزیشن اور doping دونوں شامل ہیں۔ ڈیپوزیشن بنیادی طور پر LPCVD یا PECVD استعمال کرتی ہے جس کی موٹائی تقریباً 100-150nm ہوتی ہے؛ amorphous فلم annealing کے دوران crystallinity بدلتی ہے، microcrystalline-amorphous مخلوط مرحلے سے polycrystalline میں تبدیل ہوتی ہے اور passivation کو فعال کرتی ہے۔ doping کے لیے، LPCVD عام طور پر پہلے ایک intrinsic poly-Si تہہ جمع کرتا ہے اور پھر diffusion furnace یا ion implantation (ex-situ doping) کے ذریعے فاسفورس doping مکمل کرتا ہے، کیونکہ سست LPCVD ڈیپوزیشن کے دوران doping اسے مزید سست کر دے گی۔ PECVD کی فلمی کارکردگی زیادہ ہے اور یہ کوٹنگ کے دوران فاسفورس doping (in-situ doping) مکمل کر سکتی ہے۔ LPCVD، جو poly-Si کے لیے مرکزی دھارے کی ٹیکنالوجی ہے، silane (SiH4) کو حرارتی طور پر سلیکون ایٹموں میں تحلیل کر کے فلم کی صورت میں جمع کرتی ہے۔ نوٹ کریں کہ موٹی poly-Si زیادہ سنگین FCA (parasitic) نقصان اور زیادہ short-circuit current نقصان کا سبب بنتی ہے، اور زیادہ فاسفورس doping FCA absorption اور current نقصان بڑھاتی ہے۔

Mask تہہ

Mask تہہ عام طور پر poly-Si ڈیپوزیشن کے بعد اگائی گئی تقریباً 10nm موٹی SiO2 فلم ہوتی ہے تاکہ عقبی ڈھانچے کی حفاظت ہو، بنیادی طور پر بعد کے گیلے عمل کو poly-Si تہہ کو اینچ کرنے سے روکنے کے لیے۔ ٹینک قسم کے گیلے آلات میں عقبی ڈھانچے کو نقصان نہ پہنچے، اس کو یقینی بنانے کے لیے poly عمل کے بعد silane اور nitrous oxide استعمال کرتے ہوئے عقبی سطح پر SiOx mask (تقریباً 10nm) اگایا جاتا ہے (نوٹ: غیر ویکیوم ماحول میں silane اور آکسیجن میں دھماکے کا خطرہ ہوتا ہے)۔

عمل کے مراحل یہ ہیں: ویفر کو مطلوبہ درجہ حرارت پر لانے کے لیے ویکیوم پری ہیٹنگ؛ intrinsic سلیکون ماخذ کی pre-deposition (صرف گیس، کوئی RF نہیں، تاکہ ٹیوب یکساں بھرے اور دباؤ مستحکم ہو)؛ intrinsic سلیکون ماخذ کی ڈیپوزیشن (RF آن، تاکہ ایک undoped فلم جمع ہو جو doped poly سے فاسفورس کو روکے اور buffer کرے)؛ doped سلیکون ماخذ کی pre-deposition (صرف گیس)؛ doped سلیکون ماخذ کی ڈیپوزیشن (RF آن، تاکہ فاسفورس-doped poly فلم جمع ہو)؛ PECVD SiOx کے ذریعے oxide mask کی تشکیل؛ اور N2/Ar purging تاکہ SiH4 اور N2O کو ٹیوب سے باہر نکالا جائے تاکہ بھٹی کا دروازہ کھولتے وقت جلنے سے بچا جا سکے۔

5. Annealing

Annealing کا مقصد PECVD کے ذریعے اگائے گئے amorphous سلیکون کو polycrystalline سلیکون میں تبدیل کرنا، فاسفورس ایٹموں کو فعال کرنا اور junction depth کو آگے بڑھانا، اور pinholes بنانا ہے۔ یہ عمل BN2 (boron nitride) متعارف کراتا ہے اور آہستہ آہستہ 890-920°C تک گرم کرتا ہے، جہاں BN2 کو زیادہ درجہ حرارت پر drive in کیا جاتا ہے تاکہ poly فلم میں فاسفورس ایٹموں کو فعال کیا جائے اور مؤثر doping بنے۔

اینیلنگ اور TOX کے درمیان ایک تعلق ہے: ٹنل آکسائیڈ میں تبدیلی نہ ہونے پر، اینیلنگ کا درجہ حرارت بڑھانے سے زیادہ پن ہولز اور اندرونی پھیلاؤ پیدا ہوتا ہے، رابطہ مزاحمت کم ہوتی ہے اور FF بہتر ہوتا ہے جبکہ پاسیویشن کی ضروریات بھی پوری ہوتی ہیں؛ اسی اینیلنگ درجہ حرارت پر، موٹی ٹنل آکسائیڈ زیادہ پن ہولز اور اندرونی پھیلاؤ اور زیادہ سیچوریشن کرنٹ پیدا کرتی ہے۔

6. PSG ہٹانا اور RCA صفائی

n+-پولی-Si فلم کے PEALD جمع کرنے کے دوران، ویفر کے سامنے والے حصے پر ایک مقامی n+-پولی تہہ بنتی ہے، جس پر ایک پتلی ماسک (SiOx) فلم ہوتی ہے۔ سنگل سائیڈ HF SiOx کو ہٹاتا ہے، پھر ایک الکلائن باتھ سامنے والی n+-پولی-Si کو ہٹاتا ہے۔ ویفر خشک ہونے سے پہلے کیمیائی تعاملات کے لیے ترتیب وار ایچنگ ٹینک، الکلائن ٹینک اور صفائی ٹینک سے گزرتا ہے۔

RCA کا مقصد ریپ-اراؤنڈ پلیٹنگ کو ہٹانا اور ایج ایچنگ کرنا ہے تاکہ ایج لیکیج کو روکا جا سکے، اور ویفر کو سامنے اور پیچھے کی BSG اور ماسک کو ہٹا کر اور اسے ڈی ہائیڈریٹ کر کے صاف کرنا ہے تاکہ سامنے اور پیچھے کی پاسیویشن فلموں کی تیاری ہو سکے۔ چونکہ پولی پولی کرسٹل لائن سلکان ہے، ریپ-اراؤنڈ ہٹانے کے لیے زیادہ ارتکاز والے الکلی اور ایڈیٹیوز کے ساتھ الکلائن پالشنگ استعمال ہوتی ہے۔

RCA ایڈیٹیوز غیر نامیاتی مادوں اور بقایا مصنوعات کو صاف کرتے ہیں تاکہ سطح کی گیلا پن بہتر ہو، تعامل کے لیے کٹالسٹ کا کام کرتے ہیں تاکہ OH- کا سلکان کے ساتھ بندھن تیز ہو اور ریپ-اراؤنڈ اور ایج ایچنگ تیز ہو، اور سلکان ڈائی آکسائیڈ کی الکلی ایچنگ کی شرح کم کرتے ہیں تاکہ سامنے کی BSG اور پیچھے کا ماسک زیادہ ایچ ہونے سے محفوظ رہیں۔

عمل کے مراحل یہ ہیں: ان لائن HF تاکہ N2 اینیلنگ کے بعد سامنے اور کناروں پر بننے والی PSG ہٹائی جائے جبکہ پیچھے کی PSG کو پیچھے کے پولی کی حفاظت کے لیے رکھا جائے؛ NaOH اور ایڈیٹیو کے ساتھ الکلائن پالشنگ تاکہ اضافی سامنے اور کنارے کا پولی ہٹایا جائے؛ الکلائن واشنگ تاکہ بقایا ایڈیٹیوز اور نجاستیں ہٹائی جائیں؛ ایسڈ کلیننگ تاکہ بقایا الکلی کو نیوٹرلائز کیا جائے اور دھاتی آئن ہٹائے جائیں؛ روبوٹ کے ساتھ کمرے کے درجہ حرارت کے ڈی آئنائزڈ پانی کا استعمال کرتے ہوئے سست پل-آؤٹ تاکہ واٹر مارکس سے بچا جائے؛ اور 90°C پر خشک کرنا تاکہ ویفرز اور کیریئرز پر بقایا مائع نہ رہے۔

7. ALD (ایٹمک لیئر ڈیپوزیشن)

ایٹمک لیئر ڈیپوزیشن سبسٹریٹ پر مواد کو واحد ایٹمی تہوں کے طور پر لگاتی ہے اور اس کی خصوصیت اس کی خود محدود کرنے والی نوعیت ہے، جو ALD کی بنیاد ہے۔ وقت یا مقامی وقفوں کے ذریعے، سبسٹریٹ کو باری باری مختلف پیش روؤں کے سامنے رکھا جاتا ہے۔ جب سبسٹریٹ پیش رو A کے ماحول میں ہوتا ہے، تو A سطح پر کیمیائی طور پر جذب ہو جاتا ہے یہاں تک کہ سیر ہو جائے، پھر رک جاتا ہے؛ جب پیش رو B کے سامنے رکھا جاتا ہے، تو B پہلے سے جذب شدہ A کے ساتھ تعامل کرتا ہے، ضمنی مصنوعات پیدا کرتا ہے یہاں تک کہ پہلا پیش رو مکمل طور پر ختم ہو جائے اور تعامل خود بخود رک جائے، مطلوبہ ایٹمی تہہ بن جاتی ہے۔ ALD مطلوبہ فلم بنانے کے لیے اس تعامل کو دہراتا ہے۔

ویفر کے پیچھے، AlOx پاسیویشن پیچھے کی سطح کی ری کمبینیشن کی شرح کم کرتی ہے۔ ایلومینیم آکسائیڈ میں مقرر منفی چارجز ہوتے ہیں جو ویفر کی سطح پر ایلومینیم آکسائیڈ اور سلکان آکسائیڈ کے درمیان بالکل انٹرفیس پر واقع ہوتے ہیں؛ یہ زیادہ کثافت والا منفی چارج مؤثر فیلڈ پاسیویشن کو یقینی بناتا ہے۔ ایلومینیم آکسائیڈ بہترین کیمیائی پاسیویشن بھی فراہم کرتی ہے، کرسٹل لائن سلکان کی سطح پر ڈینگلنگ بانڈز کو سیر کرتی ہے اور انٹرفیس اسٹیٹ کثافت کم کرتی ہے۔

عمل کے مراحل یہ ہیں: پری-ڈیپوزیشن (صرف گیس، کوئی RF نہیں، ٹیوب کو یکساں بھرنا اور دباؤ مستحکم کرنا، مختصر رکھا جاتا ہے تاکہ گیس کا ضیاع اور حفاظتی خطرات سے بچا جائے)؛ ڈیپوزیشن (RF آن، TMA کے ساتھ پلازما بنانا جو سطح کے ساتھ تعامل کر کے AlOx بناتا ہے، پھر غیر فعال گیس سے صفائی، 40 چکروں کے لیے دہرایا جاتا ہے)؛ اور Ar صفائی تاکہ TMA اور O2 کو ٹیوب سے باہر نکالا جائے تاکہ فرنس کا دروازہ کھولتے وقت TMA کا جلنا روکا جائے۔

8. سامنے اور پیچھے سلکان نائٹرائیڈ (SiNx)

SiNx کوٹنگ کئی مقاصد پوری کرتی ہے۔ یہ سیل کی سطح کی حفاظت کرتی ہے، چونکہ سلکان نائٹرائیڈ میں بہت زیادہ طاقت ہوتی ہے جو 1200°C تک برداشت کرتی ہے، تقریباً تمام غیر نامیاتی تیزابوں اور 30% سے کم NaOH کے خلاف بہترین کیمیائی سنکنرن مزاحمت، اور ایک اعلیٰ کارکردگی والا برقی انسولیٹر ہے۔ یہ اینٹی-ریفلیکشن فراہم کرتی ہے، ہوا میں بہترین سنگل لیئر ریفریکٹو انڈیکس 1.96 ہے؛ سلکان کا مواد بڑھانے سے سطح کی پاسیویشن مضبوط ہوتی ہے، اور لٹریچر 2.3 کے ریفریکٹو انڈیکس پر سطح کی ری کمبینیشن کی رفتار 20cm/s سے نیچے گرنے کی رپورٹ کرتا ہے، بہترین بلک پاسیویشن 2.1 اور 2.3 کے درمیان ہے۔ یہ اپنی گھنی ساخت کے ذریعے آکسیڈیشن بھی روکتی ہے۔ TOPCon سامنے والے ایمٹر پاسیویشن میں بنیادی طور پر ایلومینیم آکسائیڈ کے ساتھ SiNx:H فلم استعمال ہوتی ہے، جبکہ پیچھے کی پاسیویشن میں بنیادی طور پر پولی-Si استعمال ہوتا ہے۔

SiNx پاسیویشن میکانزم دو طریقوں سے کام کرتا ہے۔ کیمیائی پاسیویشن ڈینگلنگ بانڈز کو کم کر کے انٹرفیس ڈیفیکٹ کثافت کم کرتی ہے، یا تو سطح کی تہہ اگا کر جو ایٹموں کو ڈینگلنگ بانڈز کو سیر کرنے کے لیے کافی وقت اور توانائی دیتی ہے، یا ہائیڈروجن سے بھرپور ڈائی الیکٹرک فلم جمع کر کے اور سنٹرنگ کے دوران ہائیڈروجن خارج کر کے تاکہ یہ ڈینگلنگ بانڈز کے ساتھ بندھ جائے۔ فیلڈ-ایفیکٹ پاسیویشن سطح کے قریب برقی میدان پیدا کر کے سطح تک پہنچنے والے اقلیتی کیریئرز کی تعداد کم کرتی ہے جو ایک ہی قطبیت کے کیریئرز کو دور کرتا ہے، جو زیادہ سطحی ڈوپنگ ارتکاز کم کر کے یا زیادہ مقرر چارج والی ڈائی الیکٹرک تہہ شامل کر کے حاصل ہوتا ہے۔

SiNx عمل کے مراحل یہ ہیں: پری-ڈیپوزیشن (صرف گیس، کوئی RF نہیں، ٹیوب بھرنا اور دباؤ مستحکم کرنا)؛ ڈیپوزیشن 1-2-3 (RF آن، SiH4 اور NH3 متعارف کروا کر تین SiNx تہیں بنانا جن میں Si-N تناسب بتدریج کم ہوتا ہے، چونکہ زیادہ Si-N تناسب زیادہ ریفریکٹو انڈیکس دیتا ہے)؛ ڈیپوزیشن 4 (RF آن، SiH4، O2 اور NH3 ایک SiONx تہہ بناتے ہیں)؛ ڈیپوزیشن 5 (RF آن، SiH4 اور O2 ایک SiO2 تہہ بناتے ہیں)؛ اور لائنوں اور ٹیوب کی N2 صفائی تاکہ ری ایکٹو گیس ہٹائی جائے اور فرنس کا دروازہ کھولتے وقت SiH4 کا دھماکہ روکا جائے۔

9. اسکرین پرنٹنگ (میٹلائزیشن)

ٹیکسچرنگ، ڈفیوژن اور کوٹنگ کے بعد PN جنکشن اور پاسیویشن مکمل ہو جاتے ہیں، سیل روشنی میں کرنٹ پیدا کر سکتا ہے۔ اس کرنٹ کو نکالنے اور جمع کرنے کے لیے، سیل کی سطح پر سامنے اور پیچھے کے الیکٹروڈ پرنٹ کیے جاتے ہیں، عام طور پر اسکرین پرنٹنگ، خشک کرنے اور سنٹرنگ کے ذریعے۔

اسکرین پرنٹنگ سسٹم پانچ عناصر پر مشتمل ہے: اسکویجی، سیاہی (پیسٹ)، اسکرین، سبسٹریٹ (ویفر) اور پرنٹنگ پلیٹ فارم۔ موزوں پیسٹ پرنٹنگ کارکردگی (وسکوسٹی، شیئر-تھننگ صلاحیت) بڑے پیمانے پر پرنٹنگ کی شرط ہے، اور اسکرین میش کاؤنٹ، تار کا قطر اور ڈیزائن کردہ لائن کی چوڑائی بڑی حد تک پرنٹ شدہ شکل کا تعین کرتے ہیں۔ عمل میں، پیسٹ پیٹرن والے میش سوراخوں سے گزرتا ہے، اور اسکویجی اسکرین پر حرکت کرتے ہوئے دباؤ ڈالتی ہے، پیسٹ کو پیٹرن کے سوراخوں سے ویفر پر دباتی ہے۔ پیسٹ کی وسکوسٹی اسے حد کے اندر چپکائے رکھتی ہے، اور اسکویجی اسکرین اور سبسٹریٹ کے ساتھ لکیری رابطہ برقرار رکھتی ہے، رابطہ لائن اسکویجی کے ساتھ حرکت کرتی ہے تاکہ پرنٹ اسٹروک مکمل ہو۔

پیسٹ کو بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے بہترین پرنٹ ایبلٹی فراہم کرنی چاہیے، کم رابطہ مزاحمت اور زیادہ FF کے لیے ایمٹر کے ساتھ اچھا اوہمک رابطہ، میٹلائزیشن کی وجہ سے Voc کے نقصان کو محدود کرنے کے لیے ایمٹر کو کم سے کم نقصان، اور کرنٹ کے نقصان کو کم کرنے کے لیے کم سے کم بلک مزاحمت۔ عمل کے مراحل یہ ہیں: پیسٹ میں موجود نامیاتی مواد کو بخارات بنانے کے لیے خشک کرنا؛ شیشے کے فریٹ کو پگھلانے، چاندی کے ذرات کو تحلیل کرنے اور پاسیویشن پرت کو کھولنے کے لیے پہلے سے سنٹرنگ؛ شیشے میں مزید دھات کو تحلیل کرنے اور اسے آپس میں جوڑنے کے لیے سنٹرنگ؛ اور ٹھنڈا کرنا تاکہ شیشے میں تحلیل شدہ دھات سطح پر جمع ہو جائے، جس سے دھات اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان اوہمک رابطہ قائم ہو۔

نتیجہ

TOPCon مینوفیکچرنگ کا عمل ٹیکسچرنگ، ڈوپنگ، پاسیویشن، ڈیپوزیشن، اینیلنگ اور میٹلائزیشن کے مراحل کا ایک درست تسلسل ہے، جن میں سے ہر ایک کو زیادہ تبادلوں کی کارکردگی کے لیے کیریئر سلیکٹیوٹی کو زیادہ سے زیادہ اور ری کمبینیشن کو کم سے کم کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔

ooitech کی رائے: ooitech کا ماننا ہے کہ TOPCon کی اعلیٰ کارکردگی ٹنل آکسائیڈ اور پاسیویٹڈ کانٹیکٹ ٹیکنالوجی کی ہم آہنگی سے حاصل ہوتی ہے، جہاں ہر صفائی، ڈیپوزیشن اور اینیلنگ کا مرحلہ مل کر کیریئر سلیکٹیوٹی اور سطحی پاسیویشن کی حدود کو آگے بڑھاتا ہے۔

متعلقہ مطالعہ: فوٹو وولٹک ماڈیولز کی مینوفیکچرنگ کا عمل اور ٹیکنالوجی · سولر پینل پروڈکشن لائن کیسے کام کرتی ہے