CN103628042B - 一种改善晶硅电池镀膜质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善晶硅电池镀膜质量的方法，该方法包括：将待镀膜硅片置于石墨舟中，并将所述石墨舟置于管式炉中；将所述管式炉的温度升至恒温温度，所述恒温温度高于沉积温度；同时向所述管式炉中通入氮气；将所述管式炉内气体抽到真空，并将炉内的温度降至预放电温度，所述预放电温度低于所述沉积温度，通入特殊气体，并进行预放电；将所述管式炉内的温度调至沉积温度，对所述硅片进行减反射膜沉积。采用本发明提供的方法，可以使放置在同一石墨舟内的硅片镀的减反射膜膜厚更加均匀，折射率更加一致；进而减小了返工率，提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体地说涉及一种改善晶硅电池镀膜质量的方法。
背景技术
热传递分为“传导”，“对流”和“热辐射”三种方式。由于常规管式PECVD（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积）恒温工艺是在真空环境下进行的，因此其热传递过程基本只是单纯依靠热辐射的方式。虽然石墨的导热性能较优，但石墨舟只有两端处连接，中间大部分都是平行间隔，也就是说石墨舟的结构导致石墨良好的导热作用没有被发挥；且由于石墨舟中多片石墨片平行设置的结构（参考图1），还会使这一片片的石墨片对电磁波形成了一道道的阻隔，进而会降低热辐射的导热效率，使热量很难达到石墨舟的中心。
常规管式PECVD工艺需要恒温一定时间，以便在沉积进行之前使整个石墨舟的温度均衡。但是由于管式PECVD加热结构是加热电阻丝围绕在石英管外（参考图2），因此热量是从石英管的管壁向石英管的中心进行传递，这样往往会导致石墨舟的两边温度高于石墨舟中心的温度。
如上所述的常规PECVD工艺中存在的温度差异会使减反射膜的膜厚和折射率从石墨舟两边到中心依次递减；而减反射膜的膜厚和折射率直接影响着电池片的效率及外观（参考图3和图4）。处于石墨舟内不同位置的硅片，其减反射膜的膜厚和折射率存在较大差距，使最终电池片的电压和电流更为分散，不仅增加了档位划分的负担，也不利于最终组件的产出功率。
另外，减反射膜膜厚和折射率均匀性差也就是光程更为离散，导致整舟电池片的颜色更为不均，同一舟电池片颜色上也存在跨度，越靠近石墨舟两边膜厚和折射率越高，光程越大，片子颜色越浅。而目前客户普遍不喜欢颜色较浅的电池片，为了保证较少的浅色电池片，石墨舟中心的减反射膜膜厚和折射率一般较低。而相应的，减反射膜膜厚和折射率较低的部分电池片电流也会降低很多，其效率较低且色差返工偏高。如表1所示。
表1石墨舟不同位置的电性能
| 取片格数 | Uoc/V | Isc/A | Rs/Ω | FF/% | Efficiency/% |
| 1，2 | 0.6265 | 8.5244 | 0.00306 | 78.316 | 17.188 |
| 5，6 | 0.6269 | 8.5072 | 0.00302 | 78.399 | 17.182 |
| 9，10 | 0.6268 | 8.4844 | 0.00300 | 78.353 | 17.123 |
管式PECVD石墨舟中心温度低不但导致膜厚和折射率偏低，色差返工也远远高于石墨舟两边的片子，导致整体色差返工较多。取石墨舟上1～5格和16～20格记作石墨舟两边，6～15格为石墨舟中心，统计色差返工如图5所示。
综上所述，采用现有的管式PECVD镀膜的方法制备出的减反射膜膜厚和折射率均匀性差，返工率高，电池效率较低。
发明内容
为了解决现有技术中，恒温PECVD工艺制备的电池片减反射膜膜厚均匀性差，折射率均匀性差，且工艺返工率高，效率低和色差多的缺陷，本发明提供了一种改善晶硅电池镀膜质量的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种改善晶硅电池镀膜质量的方法，包括步骤：
S101，将待镀膜硅片置于石墨舟中，并将所述石墨舟置于管式炉中；
S102，将所述管式炉的温度升至恒温温度，所述恒温温度高于沉积温度；同时向所述管式炉中通入氮气；
S103，将所述管式炉内的气体抽到真空，温度降至预放电温度，所述预放电温度低于所述沉积温度，通入特殊气体，并进行预放电；
S104，将所述管式炉内的温度调至沉积温度，对所述硅片进行减反射膜沉积。
根据本发明的一个具体实施方式，所述步骤S102的执行时间为4min～5min。
根据本发明的另一个具体实施方式，所述步骤S102中通入的氮气的流量为3slm～5slm。
根据本发明的又一个具体实施方式，在所述步骤S102中，向所述管式炉中通入氮气的时间为1min～3min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S103的执行时间为4min～5min。
根据本发明的又一个具体实施方式，在所述步骤S103中，向所述管式炉内通入氨气。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述沉积温度为400℃～450℃。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述恒温温度比所述沉积温度高5℃～20℃。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述预放电温度比所述沉积温度低3℃～15℃。
采用本发明提供的镀膜方法，可以有效改善晶硅电池镀膜质量。能够提高整舟电池片的减反射膜膜厚和折射率的均匀性，提升电池片效率；电压和电流分布更加集中，利于形成组件；整舟电池片外观颜色更加统一，有效降低了划分花色的成本；舟中心温度变高，色差造成的返工得到有效降低。
此外，通过通入氮气充当介质，并采取升降温结合的方式，在热辐射的基础上增加了传导和对流两种导热方式，大大的增加了热传递的效率，缩短了工艺时间，大幅度提升了产能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1所示为一种石墨舟的俯视图；
图2所示为一种石墨舟以及石英腔的截面图；
图3所示为置于石墨舟不同位置的硅片，其减反射膜膜厚以及折射率的折线图；
图4所示为一种石墨舟取片位置的俯视图；
图5所示为置于石墨舟不同位置的硅片的返工比例柱状图；
图6所示为根据本发明提供的一种改善晶硅电池镀膜质量的方法的一个具体实施方式的流程示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参考图6，图6所示为根据本发明提供的一种改善晶硅电池镀膜质量的方法的一个具体实施方式的流程示意图。
步骤S101，将待镀膜硅片置于石墨舟中，并将所述石墨舟置于管式炉中。石墨舟包含有多个平行设置的石墨片，相邻石墨片组成的凹槽中放置待镀膜的硅片。
将石墨舟放置在管式炉之后，继续执行S102，将所述管式炉的温度升至恒温温度，所述恒温温度高于沉积温度同时向所述管式炉中通入氮气。
一般PECVD工艺中，减反射膜的淀积温度优选为400℃～450℃，例如：400℃、425℃或500℃。为了能够改变尽可能得在沉积步骤中保证炉内温度均匀，在将石墨舟放置在管式炉之后，开始升温，并将温度设定为比上述沉积温度高5℃～20℃，例如：5℃、13℃或20℃。
温度的提高可以相应增加热辐射的强度，使热量能较快地从石英管外传递到石英管内。为了增大热传递的效率，使炉内迅速升温，向管式炉内通入氮气。利用高温氮气充当介质来导热，也就增加了“传导”的热传递方式，并且由于氮气的流体性质，“对流”的热传递方式也同时进行。从原来的单一辐射传热，变成三种热传递方式并行，有效提升了热传递的效率，使热量能够较快地达到石墨舟的中心。
由于氮气化学性质不活泼，不会在后面的减反射膜沉积过程中引入杂质，且成本比较低，因此为了增加热传导效率，选择氮气作为导热介质。虽然氮气可以加速热传递，但是在后续预放电以及减反射膜沉积过程中需要将管式炉内抽成真空状态后，再通入反应气体，因此对氮气的流量和通入的时间有所限定。优选的，通入的氮气的流量为3slm～5slm，例如：3slm、4slm或者5slm。优选的，所述管式炉中通入氮气的时间为1min～3min，例如：1min、2min或者3min。
优选的，所述步骤S102的执行时间为4min～5min，例如：4min、4.5min或者5min。
继续执行步骤S103，将所述管式炉内的温度降至预放电温度，所述预放电温度低于所述沉积温度，并进行预放电。
优选的，预放电温度比所述沉积温度低3℃～15℃，例如：3℃、9℃或者15℃。由于与步骤S102有十几度的温度差异，因此将炉内温度降低至预放电温度后，管式炉内的热传递变成从石英管内向管外散热，石墨舟两边由于更靠近管壁所以先被冷却，从而减小了石墨舟两边和舟中心的温度差距。待到减反射膜沉积步骤时，设定温度恢复到常规工艺中的淀积温度，以便管式炉内镀膜过程的各项参数正常。
在本步骤中，向管式炉内通入氨气。预放电步骤与后续的减反射膜沉积步骤类似，区别在于本步骤仅通入了一种气体（氨气），不会发生化学反应。预放电步骤的主要作用是对硅片表面进行氢键钝化。同时，在射频电源方面起预警作用，可以查看射频电源是否正常，通入功率是否正常，减少后续沉积步骤发生异常的可能性。
优选的，所述步骤S103的执行时间为4min～5min，例如：4min、4.5min或者5min。
预放电步骤结束后，执行步骤S104，将所述管式炉内的温度调至沉积温度，对所述硅片进行减反射膜沉积。保持管式炉内的温度为沉积温度，优选为400℃～450℃，例如：400℃、425℃或者450℃。同时，向管式炉内通入硅烷和氨气。减反射膜沉积步骤为太阳能电池制备过程中的常规步骤，本发明并不对该步骤的参数和实现方式进行进一步限制。本领域技术人员可以知悉的，可以实现的PECVD工艺和参数均可用于本发明。
可选的，加载在所述载板上的射频电源的射频值为：13.56MHz或360KHz。可选的，射频功率为2000W～8000W，例如：2000W、5000W或者8000W。
采用本发明提供的方法，可以使获得的减反射膜的膜厚极差和折射率极差减小，如表2所示。
表2石墨舟不同位置的电性能
| 工艺 | 膜厚极差 | 折射率极差 | 色差返工 | 效率 |
| 专利工艺 | 1.5nm | 0.020 | 0.17% | 17.305% |
| 常规工艺 | 4.0nm | 0.035 | 0.23% | 17.282% |
此外，采用本发明的方法还可以使效率提升约0.03%，色差返工率降低约0.06%。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
Claims (5)
1.一种改善晶硅电池镀膜质量的方法，其特征在于，包括步骤：
a)将待镀膜硅片置于石墨舟中，并将所述石墨舟置于管式炉中；
b)将所述管式炉的温度升至恒温温度，所述恒温温度高于沉积温度；同时向所述管式炉中通入氮气；
所述沉积温度为400℃～450℃；
所述恒温温度比所述沉积温度高5℃～20℃；
c)将所述管式炉内的气体抽到真空，温度降至预放电温度，所述预放电温度低于所述沉积温度，通入氨气，并进行预放电；
所述预放电温度比所述沉积温度低3℃～15℃；
d)将所述管式炉内的温度调至沉积温度，对所述硅片进行减反射膜沉积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)的执行时间为4min～5min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中通入的氮气的流量为3slm～5slm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤b)中，向所述管式炉中通入氮气的时间为1min～3min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)的执行时间为4min～5min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Hongzheng Inventor after: Li Xiu Inventor after: Lu Yurong Inventor after: Jiang Qianshao Inventor after: Huang Haiyan Inventor after: Lu Chuan Inventor before: Li Xiu Inventor before: Lu Yurong Inventor before: Jiang Qianshao Inventor before: Huang Haiyan Inventor before: Lu Chuan |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI XIU LU YURONG JIANG QIANSHAO HUANG HAIYAN LU CHUAN TO: XU HONGZHENG LI XIU LU YURONG JIANG QIANSHAO HUANG HAIYAN LU CHUAN |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220602 Address after: 314417 No. 1 Jisheng Road, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: Zhengtai Xinneng Technology Co.,Ltd. Address before: 310053 No. 1335 Bin'an Road, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee before: CHINT SOLAR (ZHEJIANG) Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 314417 No. 1 Jisheng Road, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: Zhengtai Xinneng Technology Co.,Ltd. Address before: 314417 No. 1 Jisheng Road, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee before: Zhengtai Xinneng Technology Co.,Ltd. |