본질적으로, PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 시스템은 PERC 태양전지 제조에서 실리콘 웨이퍼의 전면 및 후면 모두에 중요한 유전체 패시베이션 층을 증착하는 데 사용됩니다. 후면에는 얇은 산화알루미늄(Al₂O₃ 또는 AlOx) 층과 그 위에 실리콘 질화물(SiNₓ:H) 캡으로 구성된 스택을 적용합니다. 전면에는 단일 실리콘 질화물 층이 도포되며, 이 층은 반사 방지 코팅 역할도 합니다.
PECVD 시스템이 PERC 공정에서 수행하는 근본적인 역할은 단순히 층을 추가하는 것이 아니라 셀 표면의 전자적 특성을 정밀하게 엔지니어링하는 것입니다. 이 패시베이션이라는 공정은 전하 운반체를 포획하는 결함을 중화하여 효율성 손실을 직접적으로 방지하고 셀의 전력 출력을 최대화합니다.
핵심 문제: 전자 재결합
표면 재결합이란 무엇입니까?
맨 실리콘 웨이퍼 표면은 본질적으로 불완전하며, 결정 격자가 갑자기 끝나는 "매달린 결합(dangling bonds)"을 포함합니다. 이 불포화 결합은 햇빛에 의해 생성된 전자와 정공(전하 운반체)에 대한 트랩 역할을 합니다.
이러한 운반체가 포획되면, 전기 전류로 수집되기 전에 재결합하여 손실됩니다. 이 과정인 표면 재결합은 표준 태양전지에서 효율성 손실의 주요 원인입니다.
PERC 솔루션: 패시베이션
패시베이션 이미터 후면 접점 셀(PERC) 기술은 이 손실을 직접적으로 해결합니다. PECVD를 사용하여 특정 유전체 필름을 증착함으로써 이러한 표면 결함은 효과적으로 "치유"되거나 중화됩니다.
이 패시베이션은 전하 운반체가 전기 접점 쪽으로 자유롭게 이동할 수 있도록 하여 수집되는 전자의 수를 크게 늘리고 결과적으로 셀의 전체 효율성을 향상시킵니다.
PECVD 공정 상세 설명
후면: 고성능 스택
PERC의 핵심 혁신은 정교한 후면 패시베이션 스택입니다.
매우 얇은 산화알루미늄(AlOx) 층이 실리콘 위에 직접 증착됩니다. AlOx는 매달린 결합을 포화시키고 표면 결함 밀도를 줄임으로써 탁월한 화학적 패시베이션을 제공합니다.
이 AlOx는 더 두꺼운 수소 함유 실리콘 질화물(SiNₓ:H) 층으로 캡핑됩니다. 이 층은 전계 효과 패시베이션을 제공하고, 후속 고온 소성 단계에서 수소를 방출하여 실리콘 웨이퍼 내의 벌크 결함을 추가로 패시베이션합니다.
전면: 이중 목적 층
전면에는 PECVD 시스템이 단일 실리콘 질화물(SiNₓ:H) 층을 증착합니다. 이 층은 두 가지 중요한 기능을 동시에 수행합니다.
첫째, 전면을 패시베이션하여 그곳에서의 재결합 손실을 줄입니다. 둘째, 반사 방지 코팅(ARC) 역할을 하며, 빛 반사를 줄이고 셀로 들어오는 햇빛의 양을 최대화하도록 정밀하게 설계되었습니다.
제조상의 미묘한 차이 이해
AlOx 및 SiNₓ 증착 통합
PERC 생산용 최신 PECVD 시스템은 AlOx 및 SiNₓ 증착 공정 모두를 처리하도록 설계되었습니다. 이러한 기능은 고처리량 제조에 매우 중요합니다.
이러한 다른 재료를 증착하려면 다른 전구체 가스와 공정 조건이 필요합니다. 단일 플랫폼에서 둘 다 처리하면 공장 공간, 자본 비용 및 웨이퍼 처리 시간을 줄일 수 있습니다.
가스 분리의 역할
AlOx 및 SiNₓ 증착 공정 간의 교차 오염을 방지하기 위해, 고급 PECVD 도구에는 종종 가스 분리 챔버 또는 유사한 격리 메커니즘이 포함됩니다.
이는 한 필름의 전구체 가스가 다른 필름의 증착을 방해하지 않도록 보장하여 효과적인 패시베이션에 필요한 높은 품질과 순도를 유지합니다.
균일성의 중요성
패시베이션 및 반사 방지 효과는 이러한 나노미터 스케일 층의 정확한 두께와 균일성에 따라 달라집니다. PECVD 시스템은 셀 간 일관된 성능을 보장하기 위해 전체 웨이퍼에 걸쳐 탁월한 제어를 제공해야 합니다.
이것을 목표에 적용하기
PERC 기술을 사용하는 모든 팀에게 PECVD 공정을 이해하는 것은 최종 셀 성능을 제어하는 데 중요합니다.
- 셀 효율성 극대화에 중점을 둔다면: 초기 AlOx 층의 품질과 두께에 가장 주의를 기울이십시오. 그 화학적 패시베이션 효과가 PERC 성능 향상의 기초이기 때문입니다.
- 고처리량 제조에 중점을 둔다면: 단일 패스에서 AlOx 및 SiNₓ 증착을 모두 수행하여 주기 시간과 처리량을 최소화할 수 있는 통합 PECVD 시스템을 우선시하십시오.
- 공정 안정성과 수율에 중점을 둔다면: PECVD 도구 내의 세척 주기 및 챔버 컨디셔닝에 집중하여 필름 오염을 방지하고 장기 생산 실행에서 일관된 결과를 보장하십시오.
이러한 패시베이션 층의 증착을 마스터하는 것은 표준 태양전지와 고효율 PERC 셀을 구분하는 결정적인 단계입니다.
요약 표:
| 층 | 재료 | 기능 | 핵심 이점 |
|---|---|---|---|
| 후면 | AlOx (산화알루미늄) | 화학적 패시베이션 | 매달린 결합을 중화하여 표면 재결합 감소 |
| 후면 | SiNx:H (실리콘 질화물) | 전계 효과 패시베이션 & 수소 공급원 | 추가 패시베이션 제공 및 벌크 결함 치유를 위한 수소 방출 |
| 전면 | SiNx:H (실리콘 질화물) | 패시베이션 & 반사 방지 코팅 | 재결합 감소 및 더 높은 효율성을 위한 빛 반사 최소화 |
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