TOPCon电池工艺一般为：先正面制绒、硼扩，再进行背面隧穿层、掺杂多晶硅层制备，之后再正面Al2O3膜层制备、正反面SiNx膜制备，最后金属化。
与PERC时代时工艺路线之争相似，TOPCon工艺路线同样存在诸多争议与分歧。
整体看，TOPCon工艺的核心争议在掺杂多晶硅层的制备方法上，分为LPCVD / PECVD / PVD路线。
隧穿层SiO2膜的制备方法可以是LPCVD、PECVD、ALD等方式；多晶硅层制备，从工序角度可分为原位掺杂、非原位掺杂。
原位掺杂，即在同一工步完成多晶硅层沉积、多晶硅层磷掺杂；非原位掺杂，即在多晶硅层沉积后，通过扩散炉或者离子注入的方法进行磷掺杂。
从制备方法上，多晶硅层制备可分为，LPCVD/PECVD/PVD/APCVD等；
制备多晶硅层，LPCVD工艺成熟，PECVD综合性能最佳
对于掺杂硅层,一般有三种制备方法.其中有两种属于化学气相沉积(CVD)方法：低压化学气相沉积(LPCVD)法和PECVD法.还有一种溅射法是属于物理气相沉积(PVD)方法。
1）LPCVD法：主要应用硅烷（SiH4）的热分解来完成，反应温度约600℃；
2）PECVD法：硅烷SiH4在电离下，分解生产Si。反应温度较低，400℃以下，压力仅100Pa；
3）PVD法：物理过程，反应温度在室温到500℃之间。
LPCVD技术最成熟，PECVD技术综合性能最强。
从工业技术成熟度看，LPCVD技术最成熟，无论是量产设备成熟度，还是实验室验证程度上看，LPCVD技术相比其他两条路线更为成熟；
从单面沉积角度看，LPCVD沉积技术是无方向性的，导致严重绕镀，而PVD技术可实现单面沉积，无绕镀现象；
从原位掺杂角度看，PECVD最适合原位掺杂，而LPCVD、PVD技术原位掺杂能力较弱，即掺杂难度大、或者掺杂后浓度不达标；
图3 对于多晶硅膜沉积，LPCVD/PECVD/PVD三条线路对比
LPCVD能同时实现氧化层、本征非晶硅层，工业应用技术非常成熟。
LPCVD法均适用于氧化层SiO2、本征非晶硅层的制备，且两者反应温度相近，均在600℃左右。
以LPCVD法制备氧化层SiO2，以及本征非晶硅层a-Si工艺为例，实践中仅需要在两者反应中间，加入N2清洗、捡漏、抽真空等操作，即可在同一工步完成SiO2/本征非晶硅膜的制备。
图4 LPCVD法可实现制备氧化层、本征对晶硅层“二合一”
LPCVD沉积膜不具备方向性，因电池片立于石英舟之上，氧化层及本征多晶硅层也同样会附着在电池片的侧面及正面，形成包裹，即“绕镀”现象。
多余的隧穿层、掺杂多晶硅层必须被去除，因此后续需要引入“去绕镀”工艺，但LPCVD绕镀成为痛点的根本原因在于去绕镀较难控制，影响电池良率。
图6 LPCVD绕镀现象（左侧为本征掺杂，右侧为非本征掺杂）
LPCVD问题之一：清洗绕镀，可能导致去除不完全、或者掺杂多晶硅层遭刻蚀，影响电池效率；LPCVD法制备隧穿氧化层及掺杂多晶硅层，一般在磷掺杂后，再进行清洗绕镀。
1)HF酸单面清洗，去除绕镀区域内的磷硅玻璃PSG（即正面、侧面）;
2)KOH碱液双面清洗，去除绕镀区域内的掺杂多晶硅（即正面、侧面）。背面PSG层起到保护隧穿氧化层及掺杂多晶硅层作用；
3)HF酸双面清洗，去除绕镀区域内的SiO2（即正面、侧面）、背面PSG；
去绕镀“难”的根本原因：在第2步中，KOH双面清洗，去除绕镀区域多晶硅。
因KOH碱液刻蚀掺杂多晶硅速度604nm/min，大于刻蚀磷硅玻璃PSG的速度，后者为210nm/min。
但两者反应时间差很难有效控制，实际生产中可能导致：掺杂多晶硅层去除不完全，或背面起保护作用的磷硅玻璃被去除，导致背面掺杂多晶硅层被侵蚀，影响电池效率。
图8 清洗绕镀的原理是基于刻蚀剂对各膜层刻蚀速度不同
1）难以实现大于1020cm-3高活性的掺杂浓度（ND，act）;
LPCVD原位掺杂中，掺杂浓度与膜的沉积速度是相制约的关系。
根据Kamins研究，多晶硅层中磷的活性掺杂浓度需达到1020cm-3，才能实现较低的复合电流密度J0、及较低的接触电阻ρc。
而磷的活性掺杂浓度ND，act与沉积速度成反向关系，即随着反应温度升高，膜的沉积速度增大，而磷的活性掺杂浓度降低。
根本原因在于，当反应温度越高时，硅烷SiH4分解速度越快，而PH3从膜表面的解析速度越快，两者共同作用下，则生成的掺杂层中，磷的活性掺杂浓度ND，act越低。
根据研究，LPCVD制备掺杂多晶硅层均匀性在+/-40%，远不及制备本征非晶硅层的均匀性。
LPCVD制备掺杂多晶硅层时，沉积过程不受晶片表面上化学反应动力学的限制，而是受反应物向表面传输的限制时，导致膜层均匀性大大下降。
根据WaqarAhmed，可以通过定制硅片的反应舱室去制备掺杂多晶硅层，但该定制化方法完全不能适用于量产。
图9 LPCVD原位掺杂中，掺杂浓度与沉积速度成反向关系
因此，LPCVD一般采用先沉积本征多晶硅层，再通过磷扩散或者离子注入的方式，进行多晶硅层的磷掺杂。
磷扩散的方法是以POCl3为气源，在700-850℃温度下实现分解、形成PSG，再在850-900℃、N2环境下中，保持30分钟，完成磷原子扩散。
多晶硅层在高温扩散炉中，能同步实现多晶硅的晶化处理，形成原子的规则排列，不需要后续退火工步。
离子注入技术指真空中一束离子束射向一块固体材料，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低，并最终停留在固体材料中的现象。
实际运用中，采用等离子辅助法，以PH3为气源，经过电离，实现P原子注入多晶硅层。
LPCVD问题之三：LPCVD石英管出现炸裂，需要每15天清洗维护一次；
随着工艺生产的增多，这些薄膜越来越厚，当其达到一定厚度时，便会出现硅裂现象，从而导致淀积薄膜中出现颗粒物，或使石英管某端出现一定程度的下沉，造成淀积的膜厚出现不均匀现象。
因此，必须定期清洗石英管。通常用两套石英管和石英舟轮换使用，以缩短维护时间。
LPCVD石英管清洗方法：把反应管从设备上卸下来，采用HF酸或HF酸加HNO3腐蚀，还要用大量去离子水冲洗，然后烘干，过程负杂。
并且反应管较长，一般都长达1.5-2.5米，在清洗或装卸过程中稍不注意，就易损坏。
根据拉普拉斯数据，石英舟清洗周期为15天，且石英管寿命4-12个月，现阶段需要每年更换炉管2-3次，石英件成本在200万/GW。
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：TOPCon电池重要技术之一：LPCVD工艺介绍
