CN102534622B

CN102534622B - 在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法

Info

Publication number: CN102534622B
Application number: CN201210073077.2A
Authority: CN
Inventors: 上官泉元; 刘金浩; 解观超; 朱广东
Original assignee: CHANGZHOU BITAI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jietai Photoelectric Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN102534622A

Abstract

本发明涉及一种形成黑硅的方法，尤其是一种用等离子激发形成太阳能干法制绒黑硅的方法。该方法具体的工艺步骤如下：一、自动传送装置带动硅片载板，通过硅片上料将需刻蚀硅片置于硅片载板上；二、载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下经过平行放置的线性等离子源，载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下在真空中按一定速度经过线性等离子源；三、刻蚀后的气体通过真空泵及其导管抽走；四、硅片载板经过硅片下料装置使硅片下料，得成品黑硅。本发明的优点是等离子密度高，对硅表面损伤低，使所得的黑硅电池片转换效率高；同时，刻蚀速度度快，增加了产量；另一方面，利用本发明载板是放在接地电极上的，这样使离子源更加稳定。

Description

在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法

技术领域

本发明涉及一种形成太阳能电池生产用黑硅的方法，尤其是一种用等离子激发形成太阳能干法制绒黑硅的方法。

背景技术

太阳能电池制造近年来得到了飞速发展，利用晶硅太阳能发电在全世界已经有100GW的电站安装容量。为了使太阳能发电更具有商业优势，业界在不断寻求技术革新，使光电转换效率更高，生产成本更低，环境影响最小。

干法制绒是最近才开始产业化的一种技术，它利用真空中化学刻蚀的方法，把原光滑硅片表面在纳米级粗糙化，使入射光在硅表面的反射率从30%降低到10%以下，相比于传统的湿法（在溶液中）制绒，反射率只能到达20%左右，而且避免了使用强酸或强碱制绒，不仅减少污染环境，而且降低了成本。由于反射率降低，表面颜色发黑，所以俗称“黑硅”。

目前市场上所有的干法刻蚀是用RIE完成的，他是用射频电源，把SF6，O2和Cl2的混合物在真空中激发产生等离子体。在电子、离子的轰击中生成F, SFxO,等活性自由基，在硅表面与硅反应形成SiF_x气体，这种去除硅的过程常称为刻蚀或干法刻蚀。所谓的RIE（Reative Ion Etching）或反应离子刻蚀是在化学刻蚀的基础上，把等离子体中的离子通过电场加速轰击到表面上，这种高能粒子能加速与硅表面垂直方向反应，同时又经过自掩膜的作用，形成表面针状结构，这种结构在几十至几百纳米大小范围内。利用RIE进行干法制绒在九十年代就已经提出。由于工程的复杂性，直到近几年才实现产业化。

目前RIE干法制绒是用带有硅片的载板放在接射频电源的电极上，同时用另一块电极接地，形成平行板离子源区。这种接触方式能够产生很强的偏压，使离子轰击能量达到几百电子伏（EV）,它的缺陷是这种相对较高的离子能量使硅表面受到损伤，影响电池片光电转换效率。在这种情况下，任何电极不均匀性都会引起等离子体不稳定，或“电弧起花”。

目前的RIE干法刻蚀是在静态下完成的，也就是说，载板放在离子源下不动，直到刻蚀完成后，再取出来，然后再放另一个载板（硅片），这样载板传输过程浪费了工艺时间。所以，为了实现高的生产力（单位时间里处理硅片能力），载板必须做得很大，放置大量硅片，这种大型设备成本就很高,而且均匀性比较难控制。

发明内容

为了解决离子轰击引起的损失，同时增加产能，减少设备成本，本发明提供了一种用等离子激发形成太阳能干法制绒黑硅的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用等离子激发形成太阳能干法制绒黑硅的方法，该方法由一个自动传送装置实现，包括硅片载板、硅片上料和硅片下料，具体的工艺步骤如下：

一、自动传送装置带动硅片载板，通过硅片上料将需刻蚀硅片置于硅片载板上；

二、载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下经过平行放置的一组线性等离子源，载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下在真空中按照300-3000mm/min的速度经过线性等离子源；

所述线性等离子源是由一对平行板组成，平行板的第一板连接射频电源，第二板接地，气体从第一板处通入，带有硅片的载板向第二板靠近通过；混合气体（SF₆和O₂）在射频电源的射频能源激发下形成等离子体，完成硅片的刻蚀；硅片的刻蚀按照以下化学方程式进行：

SF₆+O₂--------------》SF_xO+F；

F+Si------------》SiFx；

三、刻蚀后的气体通过真空泵及其导管抽走；

四、硅片载板经过硅片下料装置使硅片下料，得成品黑硅，载板回到硅片上料处原点，循环使用。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述线性等离子源的平行板长度远大于宽度。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述线性等离子源的平行板的宽度为50-500mm，长度为200-3000mm。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述线性等离子源的平行板上设有均匀分布的小孔。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述线性等离子源的平行板下方加有平行于电极板的磁场，其磁力线的方向与电极板的宽度方向相同。

本发明的有益效果是，本发明是用一种磁场强化的线性等离子源，其优点是等离子密度高，电极偏压可控制在几十电子伏，另一方面，利用本发明载板不是放在射频电源激发电极上，而是放在接地电极上，这样使离子源更加稳定。本发明为动态刻蚀，载板在离子源下连续走动通过，不影响等离子体性能，这样就增加工艺腔利用率。并且可以把多个离子源平行放置，使载板以更快的速度通过离子源，达到同样的工艺效果。硅片受离子轰击损伤小，使转换效率增加，硅片刻蚀均匀；利用本发明的离子源和载板可用动态走动方法，并且所制成的设备产品产能高，可以达到每小时2400片的能力，如需要进一步增加产能，只要增加离子源数量或长度。而用静态的产品，目前产能仅限于每小时2000片以下。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明形成黑硅的流程图；

图2是本发明线性等离子源的示意图。

图中1、第一板，2、第二板，3、硅片载板，4、硅片。

具体实施方式

如图1和图2所示，该方法由一个自动传送装置实现，包括硅片载板、硅片上料和硅片下料，具体的工艺步骤如下：

一、自动传送装置带动硅片载板3，通过硅片上料将需刻蚀硅片4置于硅片载板上；

二、载有硅片4的硅片载板3在自动传输装置的带动下经过平行放置的一组线性等离子源，载有硅片4的硅片载板3在自动传输装置的带动下在真空中按照30-3000mm/min的速度经过线性等离子源；

所述线性等离子源是由一对平行板组成，平行板的第一板1连接射频电源，第二板2接地，气体从第一板1处通入，带有硅片3的载板向第二板2靠近通过；在射频电源的射频激发下两板之间形成等离子体，完成硅片的刻蚀；硅片的刻蚀按照以下化学方程式进行：

SF₆+O₂--------------》SF_xO+F；（等离子激发）

F+Si------------》SiF_x（气体）；（刻蚀）

三、刻蚀后的气体通过真空泵及其导管抽走；

线性等离子源的平行板长度远大于宽度。

线性等离子源的平行板的宽度为50-500mm，长度为200-3000mm。

线性等离子源的平行板上设有均匀分布的小孔，气体从小孔中通过使之均匀分布在硅片上。使气体在经过小孔均匀分布到达硅片表面。小孔的直径是0.1-3mm。产生等离子的能量是射频能量，其频率是400Khz-60MHz。使用功率决定于电极板面积，对于2米长0.3米宽的电极板，所需功率是1000-10000瓦特。

线性等离子源的电极板下方加有平行于平行板的磁场，其磁力线的方向平行于平行板的宽度方向。

气体是SF₆、F₂、CF₄、C₂F₆、或C₃F₈及其混合物，加上O₂或N₂O及其混合物，可加入氯气以及一些惰性气体作为反应气体。

本发明的线性等离子源是由一对平行板组成，平行板的第一板1接上射频电源，第二板2连接地线。气体从第一板1处通入，带有硅片的硅片载板靠近第二板2，从第二板2上通过。在真空中一定压力下，当合适的射频电源存在时，在两块平行板之间气体放电就形成等离子体。所谓线性等离子源是指平行板的尺寸，通常一个二维离子源是长度和宽度相当，线性等离子源平行板长度远大于宽度，宽度通常在50-500mm，而长度可以从0.5米到几米。

在平行板下方同时加有一个磁场。磁力线的宽度和平行板宽度一致：平行于平行板，磁场可以用永久磁性的磁铁来实现。这样等离子体受到磁场加强。

气体可以通过MFC控制流量后导入在平行板之间的体积内，更明确地说，气体可以通过设置在平行板上均匀分布的小孔来均匀分布到整个平行板之间，以达到均匀刻蚀的目的。

电极通射频电源激发产生等离子体，同时加射频匹配器优化等离子的最小功率反射。

用线性离子源进行干法刻蚀，带有硅片的载板连续的通过线性离子源完成刻蚀。

刻蚀后的气体通过真空泵及其导管抽走。

如上所述的线性等离子源可以用一个或多个平行放置，而且每一个离子源可以对应一个射频电源，或者，同一个射频电源可以供给多个离子源，一个和多个离子源可以同时放置以增加刻蚀速度和产量。

带有硅片的载板在真空中按一定的速度经过离子源或并排的多个离子源，同时，在混合的气体用SF₆和O₂ 。射频激发下形成等离子体，硅片的刻蚀按照以下化学方程进行：

等离子体

SF₆+O₂--------------》SF_xO+F；（等离子激发）

F+Si------------》SiF_x（气体）；（刻蚀）

上述气体也可用其它气体取代。例如SF₆可以改成CF₄，C₂F₆，C₃F₈，F2等，氧气可以改成N₂O，并且可以通入第三种气体，N₂，Ar，He，Cl₂等以改变黑硅的表面状态。

在本发明的磁场用永久磁铁产生，使等离子密度增加，同时离子的能量减少。硅片可以朝上，离子源气流朝下；或硅片可以朝下，离子源气流朝上。

下面是一个具体应用实例的工艺条件：

SF6:3000sccm；

O2:1500sccm；

带速：1200mm/min；

功率：1200W；

频率：13.6Mhz

工艺压力：30Pa；

离子源和载板间距：20mm；

温度：25^oC；

磁场强度200gauss；

上述条件是根据2米长的离子源得出的，所得硅片反射率是6%。制成多晶硅电池片光电转换效率是17.5%，比湿法刻蚀提高0.5%。

上述气流和功率和其它条件随着离子源的长度和黑硅的需要可以适当变化。

带速可以根据硅片黑度来决定，通常速度越快，刻蚀时间越短，反射率会比较高（没有饱和前）。同时也可增加离子源数量来减少反射率。

Claims

1.一种在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法，其特征是，该方法由一个自动传送装置实现，包括硅片载板（3）、硅片上料和硅片下料，具体的工艺步骤如下：

一、自动传送装置带动硅片载板（3），通过硅片上料将需刻蚀硅片（4）置于硅片载板（3）上；

二、载有硅片（4）的硅片载板（3）在自动传输装置的带动下经过平行放置的一组线性等离子源，载有硅片（4）的硅片载板（3）在自动传输装置的带动下在真空中按照30-3000mm/min的速度经过线性等离子源；

所述线性等离子源是由一对平行板组成，平行板的第一板（1）连接射频电源，第二板（2）接地，气体从第一板（1）处通入，带有硅片的载板向第二板（2）靠近通过；在射频电源的射频激发下两板之间形成等离子体，完成硅片的刻蚀；硅片的刻蚀按照以下化学方程式进行：

SF₆+O₂=SFxO+F；

F+Si=SiFx；

三、刻蚀后的气体通过真空泵及其导管抽走；

2.根据权利要求1所述的在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法，其特征是，所述线性等离子源的平行板长度远大于宽度。

3. 根据权利要求2所述的在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法，其特征是，所述线性等离子源的平行板的宽度为50-500mm，长度为200-3000mm。

4. 根据权利要求1或2或3所述的在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法，其特征是，所述线性等离子源的平行板一板上设有均匀分布的小孔，气体从小孔中流出使之均匀分布在硅片上。

5. 根据权利要求1所述的在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法，其射频频率是400Hhz 到 60 Mhz。

6. 根据权利要求1所述的在晶硅太阳能电池片表面制绒的方法，其特征是，所述线性等离子源的电极板下方加有平行于平行板的磁场，其磁力线的方向平行于平行板的宽度方向。