CN104465879B - 一种太阳能电池的双面钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池的双面钝化方法，改进了现有的双面钝化方法，在低压化学气相沉积反应腔室中进行，反应腔室中具有夹持器件，包括：将多个半导体器件衬底以一定的间隔排列于反应腔室的夹持器件上；半导体器件衬底的两面均暴露出来；采用低压气相沉积工艺向半导体器件衬底的两面同时沉积钝化膜；其中，所采用的反应气体同时进入半导体器件衬底的两面且同时在半导体器件衬底的两面以热激活方式沉积钝化膜从而在反应腔中实现两面同时沉积钝化膜的过程，克服了现有的双面钝化工艺只能在一面沉积的弊端；其可以应用于规模化生产，可以减小硅片与晶舟之间的摩擦，增加电池工艺稳定性，并且简化了工艺步骤，提升了生产效率和降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种适合规模化生产的太阳能电池的双面钝化方法。
背景技术
高效太阳电池发展的重要方向是采用双面钝化的结构，例如P型基片PERC(passivated emitter and rear side cell)电池和N型基片PERT(passivated emitterand rear total diffused)电池等。由于硅片表面态的存在，使得表面的复合速率比较高，影响少数载流子(少子)寿命。钝化层中的氢原子可以用来中和硅片表面的悬挂键，降低各种缺陷态密度，减少表面的复合中心；钝化层自身所带固定电荷形成表面场，排斥一种载流子，使电子和空穴不能同时到达背面而产生复合。减小硅片表面的复合。钝化层可以有效的减少硅片表面复合，提高少子寿命，从而提高电池的性能。
目前太阳能生产中应用比较广泛的钝化膜有SiO2和SiNx,单独存在时，SiO2适合钝化P型和N型硅表面；SiNx适合钝化N型硅表面。SiO2主要采用热氧化和等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，简称PECVD)的方法沉积，其中热氧化沉积的SiO2钝化性能优异，但热氧化需经过高温过程，会对硅基底的体寿命产生不利影响；PECVD沉积SiO2只需在400℃左右温度条件下即可完成，不会影响硅基底的体寿命，目前得到了较多应用，但PECVD沉积的SiO2钝化效果一般，需要配合具有氢钝化作用的SiNx使用，也就是当前广泛使用的SiO2/SiNx双层膜结构。氮化硅虽能对N型表面进行很好的钝化，但正面只有SiNx膜的电池组件稳定性不理想，主要原因是SiNx膜经紫外线照射后，Si-H键和N-H键断开，使H逸失而导致SiNx膜表面钝化效果变差，为了保证电池组件的稳定性，对于N型表面的钝化SiO2/SiNx双层膜也得到了越来越多的应用。
PECVD是采用等离子体技术把电能耦合到气体中，激活并维持化学反应进行薄膜沉积的一种工艺方法。为了能够在较低温下发生化学气相沉积，必须利用一些能源来提高反应速率，进而降低化学反应对温度的敏感。PECVD就是用等离子体来增加较低温度下化学反应效率的。因为等离子体在射频电极之间产生，所以基片必须连接在其中一个电极上。这使得PECVD只能沉积在基片的单面，靠在电极的一面是不能有效沉积薄膜的。工艺温度在300-450℃之间，气体压强在10～100Pa范围。
请参阅图1，为现有的太阳能电池的双面钝化方法的流程示意图，其在等离子体化学气相沉积工艺腔中进行，包括：
步骤L01：将半导体器件衬底置于反应腔中，且衬底的一面与反应腔的电极相连接；
步骤L02：正面PECVD沉积氮化硅或二氧化硅；
步骤L03：背面PECVD沉积氮化硅或二氧化硅；
步骤L04：对半导体器件衬底退火，温度在400～850℃之间；
其中步骤L02和L03的顺序可以互换；步骤L04可有可无。
此工艺流程包含每一道工序都需要在不同的设备中进行，并且正面和背面沉积只能分别进行，增加了工艺成本。硅片载体也不尽相同，在不同设备之间的流转，需要大量的自动装卸片设备或人工装卸片操作，会产生很多碎片。对于管式PECVD设备，硅片在装卸片时会与晶舟产生摩擦，使硅片表面产生损伤，增加硅片表面的复合速率。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种适合大规模生产的太阳能电池的双面钝化方法，在太阳能电池双面同时沉积钝化膜，简化生产工艺步骤。
为了达到上述目的，太阳能电池的双面钝化方法，在低压化学气相沉积反应腔室中进行，所述反应腔室中具有夹持器件，其包括：
步骤01：将多个所述半导体器件衬底以一定的间隔排列于所述反应腔室的夹持器件上；所述半导体器件衬底的两面均暴露出来；
步骤02：采用低压气相沉积工艺向所述半导体器件衬底的两面同时沉积钝化膜；其中，所采用的反应气体同时进入所述半导体器件衬底的两面且同时在所述半导体器件衬底的两面以热激活方式沉积所述钝化膜。
优选地，所述步骤02之后，还包括：在所述反应腔室内，在不装卸所述半导体器件衬底的情况下，对所述半导体器件衬底进行退火工艺。
优选地，在所述步骤01之后，所述步骤02之前，还包括：在所述反应腔室对所述半导体器件衬底进行退火工艺。
优选地，所述半导体器件衬底均为水平放置或均为竖直放置在所述夹持器件上。
优选地，所述一定的间隔大于2mm。
优选地，所述步骤02中，所述低压气相沉积工艺采用的反应压强为10-100Pa，所采用的反应温度为400-850℃。
优选地，所述的钝化膜为氧化硅膜、或氮化硅膜、或氧化硅/氮化硅复合膜。
优选地，所述步骤02具体包括：采用低压气相沉积工艺，首先向所述半导体器件衬底的两面同时沉积氧化硅膜，然后向所述半导体器件衬底的两面同时沉积氮化硅膜，从而在所述半导体器件衬底的两面均形成氧化硅/氮化硅复合膜。
优选地，所述退火工艺采用的气体选自氮气、氧气或氢气一种或多种。
优选地，所述退火工艺所采用的退火温度为400-850℃。
本发明的太阳能电池的双面钝化方法，改进了现有的双面钝化方法，利用低压沉积工艺沉积薄膜不需要将半导体器件衬底连接于电极上的特点，将半导体器件衬底以一定间隔排列于夹持器件上，从而在反应腔中实现两面同时沉积钝化膜的过程，克服了现有的双面钝化工艺只能在一面沉积的弊端；进一步地，可以直接对半导体器件衬底进行退火，无需装卸半导体器件衬底以及使其在不同设备之间进行流转，从而简化了工艺步骤，提升了生产效率，降低了成本。其可以应用于规模化生产，对于一条产能为每小时1400片左右双面钝化晶体硅电池的生产线，至少可以节省1.5台4管PECVD设备和1台4管退火炉，以及配套的自动化装卸片设备，并节省相应的人工；可以减小硅片与晶舟之间的摩擦，增加电池工艺稳定性。
附图说明
图1为现有的太阳能电池的双面钝化方法的流程示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的太阳能电池的双面钝化方法的流程示意图
图3-图5为本发明的一个较佳实施例的太阳能电池的双面钝化方法的步骤示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的太阳能电池的双面钝化方法，改进了现有的双面钝化方法，利用低压沉积工艺沉积薄膜不需要将半导体器件衬底连接于电极上的特点，将半导体器件衬底以一定间隔排列于夹持器件上，从而在反应腔中实现两面同时沉积钝化膜的过程，克服了现有的双面钝化工艺只能在一面沉积的弊端；进一步地，可以直接对半导体器件衬底进行退火，无需装卸半导体器件衬底以及使其在不同设备之间进行流转，从而简化了工艺步骤，提升了生产效率。
以下结合附图2和具体实施例对本发明的太阳能电池的双面钝化方法作进一步详细说明。其中，图2为本发明的一个较佳实施例的太阳能电池的双面钝化方法的流程示意图，图3-图5为本发明的一个较佳实施例的太阳能电池的双面钝化方法的步骤示意图。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图2，本实施例中，太阳能电池的双面钝化方法，在低压化学气相沉积反应腔室中进行，反应腔室中具有夹持器件，包括：
步骤01：请参阅图3，将多个半导体器件衬底以一定的间隔排列于反应腔室的夹持器件上；半导体器件衬底的两面均暴露出来；
具体的，半导体器件衬底为P型或N型单晶硅衬底；本实施例中，硅衬底在进行双面钝化之前其表面已经沉积了氧化铝薄膜。
由于低压气相沉积工艺是以热激活方式沉积薄膜的，其不需要将电极与衬底表面相连接，因此，衬底可以放置于夹持器件上，例如，以一定间隔竖直放置于夹持装置沿横向排列的一行；或以一定间隔水平放置沿纵向排列的一列；此时，半导体器件衬底的两面均暴露出来。如果硅衬底的间距过小，会影响钝化膜沉积的均匀性，而均匀性和单位面积的产能之间存在矛盾，要平衡两者的关系，衬底的间距大于2mm，钝化膜的均匀性是可以接受的。并且，由于存在一定的间距，硅衬底之间不会互相接触，对钝化膜的沉积工艺影响较小。
步骤02：请参阅图4，采用低压气相沉积工艺向半导体器件衬底的两面同时沉积钝化膜；反应气体同时进入半导体器件衬底的两面且同时在半导体器件衬底的两面以热激活方式沉积钝化膜；
具体的，本实施例中，在所述步骤01之后，步骤02之前，在该反应腔室对半导体器件衬底进行退火，所采用的退火反应气体可以选自氮气、氧气或氢气一种或多种，例如，采用氧气作为退火反应气体，氧气气氛下，高温下在硅衬底表面生长出一层很薄的氧化硅薄膜，其可以作为钝化层，减少表面复合，后续再沉积一层氮化硅膜，用氮化硅膜来保护二氧化硅膜不受化学腐蚀；退火温度可以为650-850℃。需要说明的是，在本发明的其它实施例中，如果硅衬底在进行双面钝化之前其表面已经沉积了氧化铝薄膜，也需进行退火，而此时的退火可以是在硅衬底两面沉积钝化膜的过程中进行，也即是在沉积钝化膜的过程中，由于工艺温度较高相当于对硅衬底表面进行了退火。
低压气相沉积工艺采用的反应压强可以为10-100Pa，反应温度可以为400-850℃，具体的工艺条件可以根据所沉积的薄膜和实际工艺要求来设定；钝化膜可以为氧化硅膜、或氮化硅膜、或氧化硅/氮化硅复合膜。例如，针对沉积氧化硅/氮化硅复合膜，采用低压气相沉积工艺，首先向半导体器件衬底的两面同时沉积氧化硅膜，然后向半导体器件衬底的两面同时沉积氮化硅膜，从而在半导体器件衬底的两面均形成氧化硅/氮化硅复合膜。
步骤03：请参阅图5，在反应腔室内，在不装卸半导体器件衬底的情况下，对半导体器件衬底进行退火工艺。
具体的，退火工艺采用的气体可以选自氮气、氧气或氢气一种或多种，例如，氮气、氧气和氢气的混合气体。退火温度可以为400-850℃。此时，退火可以增强钝化膜表面的钝化效果，合适的退火条件可以改善后续的硅衬底与金属接触电阻。
需要说明的是，本发明中，在进行双面钝化之前，如果半导体器件衬底表面沉积了氧化铝薄膜，则在双面钝化膜沉积之前或之后均可以进行退火工艺，也可以不进行退火工艺，因为低压气相沉积工艺的反应温度就可以作为退火条件，进行低压气相沉积工艺之后就相当于进行了退火。
综上所述，本发明可以应用于规模化生产，相比于现有方法，对于一条产能为每小时1400片左右双面钝化晶体硅电池的生产线，至少可以节省1.5台4管PECVD设备和1台4管退火炉，以及配套的自动化装卸片设备，并节省相应的人工；可以减小硅片与晶舟之间的摩擦，增加电池工艺稳定性；并且简化了工艺步骤，提升了生产效率，节约了生产成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (8)
1.一种太阳能电池的双面钝化方法，其特征在于，在低压化学气相沉积反应腔室中进行，所述反应腔室中具有夹持器件，包括：
步骤01：将多个半导体器件衬底以一间隔排列于所述反应腔室的夹持器件上；所述半导体器件衬底的两面均暴露出来；
步骤02：采用低压气相沉积工艺向所述半导体器件衬底的两面同时沉积钝化膜；其中，首先采用低压气相沉积工艺向半导体器件衬底的两面同时沉积氧化硅膜，然后向半导体器件衬底的两面同时沉积氮化硅膜，从而形成氧化硅/氮化硅构成的钝化膜；所采用的反应气体同时进入所述半导体器件衬底的两面且同时在所述半导体器件衬底的两面以热激活方式沉积所述钝化膜；
在所述步骤01之后，所述步骤02之前，还包括：在所述反应腔室对所述半导体器件衬底进行退火工艺，退火温度为650-850℃，退火反应气体选自氮气、氧气或氢气的一种或多种，以在所述半导体器件衬底的两面形成钝化层，减少表面复合。
2.根据权利要求1所述的双面钝化方法，其特征在于，所述步骤02之后，还包括：在所述反应腔室内，在不装卸所述半导体器件衬底的情况下，对所述半导体器件衬底进行退火工艺。
3.根据权利要求1所述的双面钝化方法，其特征在于，所述半导体器件衬底均为水平放置或均为竖直放置在所述夹持器件上。
4.根据权利要求3所述的双面钝化方法，其特征在于，所述间隔大于2mm。
5.根据权利要求1所述的双面钝化方法，其特征在于，所述步骤02中，所述低压气相沉积工艺采用的反应压强为10-100Pa，所采用的反应温度为400-850℃。
6.根据权利要求2所述的双面钝化方法，其特征在于，步骤02之后的退火工艺采用的气体选自氮气、氧气或氢气一种或多种。
7.根据权利要求3所述的双面钝化方法，其特征在于，步骤02之后还进行退火工艺，步骤02之后进行的退火工艺采用的气体选自氮气、氧气或氢气一种或多种。
8.根据权利要求2所述的双面钝化方法，其特征在于，步骤02之后的退火工艺所采用的退火温度为400-850℃。
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