CN102420272A - 一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法和装置，在太阳能电池生产工艺中引入原子层沉积设备(ALD)，使用ALD和PECVD以达到分层镀膜的装置和方法。沉积氧化铝膜的电池片其开路电压、转换效率、填充因子等参数较正常生产电池片基本没有变化，沉积了氧化铝膜的电池片的短路电流平均值均比正常工艺生产的电池片的短路电流平均值高。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法和装置，属于太阳能电池制备领域。
背景技术
目前太阳能技术中降低晶体硅成本是日益竞争的光伏产业追求的目标之一，降低硅原料成本，一般需要向更薄的硅片发展。
在硅片表面，晶体的周期性被破坏从而产生悬挂键，使得晶体表面存在大量位于带隙中的缺陷能级，另外，位错，化学残留物和表面金属的沉积都会引入缺陷能级，这些都使得硅片表面成为复合中心。不断降低硅片厚度，使光生载流子很容易扩散到背表面而加重了背表面的复合。表面复合速率对太阳能电池的性能影响很大，而通过沉积或生长适当的钝化层可以极大的降低表面复合速率，从而提高太阳能电池的性能。研究表明，太阳能电池钝化层最初的小于2 nm厚度膜的均匀性以及质量对太阳能电池的钝化效果有非常显著的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法和装置，在太阳能电池生产工艺中引入原子层沉积设备(ALD)，使用ALD和PECVD以达到分层镀膜的装置和方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法，对硅片清洗、制绒、甩干、扩散、蚀刻后，使用PECVD法沉积S????i3N4钝化层，之后进行烘干、烧结等步骤，且在对硅片蚀刻后，采用PECVD法沉积S????i3N4钝化层之前，在真空反应腔体内采用ALD技术沉积AL2??O3钝化层。
进一步的，采用ALD技术沉积AL2??O3钝化层小于2nm，使用三甲基铝与水为前驱体源。
进一步的，在真空反应腔体内加载等离子体，以提高前驱体活化能，降低镀膜反应温度。
一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，进气管路一端连接并联的支进气管路，各支进气管路通过相应的高速隔膜阀与前驱体源钢瓶连接，高速隔膜阀包含脉冲执行器，进气管路另一端与设置在真空反应腔体内部上方的花洒喷头的腔体进气管路连接，真空反应腔体内部下方设置有样品台，样品台下方设置有腔体加热器，腔体内部下方在样品台左右两侧分别设置有出气管路，两个出气管路汇集至一路并通过阀门连接真空泵，总载气管路一端通过流量控制阀连接载气容器，另一端分为两个支路，第一支路为载气管路，分为若干支载气管路，各支载气管路通过支进气管路上的高速隔膜阀与进气管路连接，第二支路为载气自清洁管路，分为若干支载气自清洁管路，各支载气自清洁管路与支进气管路在高速隔膜阀与前驱体源钢瓶之间连接。
进一步的，载气自清洁管路上设置有阀门。
进一步的，本装置的管路均设有加热和保温功能。
进一步的，腔体加热器为红外辐射加热器，采取多点控制方法确保样品台温度均匀性可至±1℃。
进一步的，支进气管路优选3个支路，其中2个支路为使用支路，另外1个支路为备用升级支路。
测试结果表明，沉积氧化铝膜的电池片其开路电压、转换效率、填充因子等参数较正常生产电池片基本没有变化，沉积了氧化铝膜的电池片的短路电流平均值均比正常工艺生产的电池片的短路电流平均值高，说明氧化铝作为钝化层具有明显的钝化作用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有的太阳能电池生产工艺流程图；
图2是采用本发明一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法的太阳能电池生产工艺流程图；
图3是分层镀膜后的硅片钝化层结构示意图；
图4是本发明一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图4所示，一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法，对硅片清洗、制绒、甩干、扩散、蚀刻后，使用PECVD法沉积S????i3N4钝化层，之后进行烘干、烧结等步骤，且在对硅片蚀刻后，采用PECVD法沉积S????i3N4钝化层之前，在真空反应腔体内采用ALD技术沉积AL2??O3钝化层。
进一步的，采用ALD技术沉积AL2??O3钝化层小于2nm，使用三甲基铝与水为前驱体源。
进一步的，在真空反应腔体内加载等离子体，以提高前驱体活化能，降低镀膜反应温度。
一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，进气管路9一端连接并联的支进气管路，支进气管路优选三个支路，其中两个支路为使用支路，另外一个支路为备用升级支路。各支进气管路通过相应的高速隔膜阀10与前驱体源钢瓶13连接，高速隔膜阀10包含脉冲执行器。
进气管路9另一端与设置在真空反应腔体1内部上方的花洒喷头3的腔体进气管路2连接，真空反应腔体1内部下方设置有样品台4，样品台4下方设置有腔体加热器6，腔体加热器为红外辐射加热器，采取多点控制方法确保样品台温度均匀性可至±1℃。真空反应腔体内部下方在样品台左右两侧分别设置有出气管路5，两个出气管路5汇集至一路并通过阀门7连接真空泵8。
总载气管路16一端通过流量控制阀17连接载气容器，另一端分为两个支路，第一支路为载气管路14，分为3个支载气管路，各支载气管路通过支进气管路上的高速隔膜阀10与支进气管路连接。
第二支路为载气自清洁管路11，载气自清洁管路上设置有阀门15。载气自清洁管路11分为若干支载气自清洁管路，各支载气自清洁管路与支进气管路在高速隔膜阀10与前驱体源钢瓶13之间的支进气管理连接。镀膜设备工作时，控制阀门15处于关闭状态，当镀膜结束后，需要打开控制阀门15，以高纯载气冲洗阀门以及管路，防止阀门堵塞。
本装置的管路均设有加热和保温功能。在真空反应腔体内加载等离子体，以提高前驱体活化能，降低镀膜反应温度。
本装置的工作流程为: 开启真空泵8及阀门7，读取真空反应腔体1的真空度数据；设置真空反应腔体1的沉底加热温度和环壁保温设置，其温度设置范围为200℃，设置前躯体输送管路、抽真空管路与脉冲执行器加热温度，其温度设置范围为150℃；设置前躯体脉冲时间和冲洗时间，设置循环次数，开启循环运行，运行结束后停止。
实施例1
采用上述方法和装置，采用ALD于硅片表面先沉积2个clycles(大约0.24 nm) AL2??O3，再使用PECVD沉积75 nm S????i3N4。
将硅片放入真空反应腔体，然后读取真空反应腔体1的真空度，开启真空泵8，开启真空开启阀门7以使真空反应腔体与真空泵相连通，待真空达到所需的真空度要求（小于或等于1 pa）时，然后进入下一步。
设置衬底、设备管路、以及其他部件的温度，优选的可设置沉底温度为150℃，设置管路温度为150℃，脉冲执行器的温度为150℃，当显示温度与所设温度相同并达到稳定（波动范围小于或等于1℃）时进入下一步；
开启前躯体源钢瓶13的手动密封阀12，设置第一前躯体三甲基铝和第二前躯体水的脉冲时间分别设置为10ms和20 ms，冲洗时间分别设置为5s和10s；循环次数设置为2；载气流量设置为20 sccm。
开始循环沉积，沉积结束后即可在衬底表面形成厚度约为0.24nm的AL2??O3镀膜；
将衬底转入PECVD腔体，然后进行化学气象沉积镀膜S????i3N4。
实施例2
与实施例1的区别在于：将循环次数设置为4，即可在ALD镀膜阶段完成厚度约为0.48 nm的致密氮化硅镀膜，然后进入PECVD阶段进行化学气象沉积镀膜。
实施例3
与实施例1的区别在于：将循环次数设置为6，即可在ALD镀膜阶段完成厚度约为0.72 nm的致密氮化硅镀膜，然后进入PECVD阶段进行化学气象沉积镀膜。
测试结果表明，沉积氧化铝膜的电池片其开路电压、转换效率、填充因子等参数较正常生产电池片基本没有变化，沉积了氧化铝膜的电池片的短路电流平均值均比正常工艺生产的电池片的短路电流平均值高，说明氧化铝作为钝化层具有明显的钝化作用，其中沉积6个循环（0.72nm）氧化铝膜所得电池片各性能参数较其他两组稍好。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法，对硅片清洗、制绒、甩干、扩散、蚀刻后，使用PECVD法沉积S????i3N4钝化层，之后进行烘干、烧结等步骤，其特征在于：在对硅片蚀刻后，采用PECVD法沉积S????i3N4钝化层之前，在真空反应腔体内采用ALD技术沉积AL2??O3钝化层。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法，其特征在于：采用ALD技术沉积AL2??O3钝化层小于2 nm，使用三甲基铝与水为前驱体源。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池钝化层分层镀膜方法，其特征在于：在真空反应腔体内加载等离子体，以提高前驱体活化能，降低镀膜反应温度。
4.一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，其特征在于：进气管路一端连接并联的支进气管路，各支进气管路通过相应的高速隔膜阀与前驱体源钢瓶连接，高速隔膜阀包含脉冲执行器，进气管路另一端与设置在真空反应腔体内部上方的花洒喷头的腔体进气管路连接，真空反应腔体内部下方设置有样品台，样品台下方设置有腔体加热器，腔体内部下方在样品台左右两侧分别设置有出气管路，两个出气管路汇集至一路并通过阀门连接真空泵，总载气管路一端通过流量控制阀连接载气容器，另一端分为两个支路，第一支路为载气管路，分为若干支载气管路，各支载气管路通过支进气管路上的高速隔膜阀与支进气管路连接，第二支路为载气自清洁管路，分为若干支载气自清洁管路，各支载气自清洁管路与支进气管路在高速隔膜阀与前驱体源钢瓶之间连接。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，其特征在于：载气自清洁管路上设置有阀门。
6.根据权利要求4所述的一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，其特征在于：本装置的管路均设有加热和保温功能。
7.根据权利要求4所述的一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，其特征在于：腔体加热器为红外辐射加热器，采取多点控制方法确保样品台温度均匀性可至±1℃。
8.根据权利要求4所述的一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置，其特征在于：支进气管路优选3个支路，其中2个支路为使用支路，另外1个支路为备用升级支路。
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