CN105986251A - 一种pecvd系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PECVD系统，包括工艺镀膜腔、传输腔、进片/出片腔，所述PECVD系统还包括氮气箱，所述氮气箱中设置有硅片装载/卸载平台，所述硅片装载/卸载平台对应于所述进片/出片腔并与其相连，所述PECVD系统用于异质结硅基太阳能电池的制备，该系统能使得硅片在PECVD制程前后都处于氮气的保护之中，防止环境中氧气、水汽及杂质污染对晶硅以及非晶硅表面的污染，同时，本发明可以使得硅片的载板维持高温传输，减少升温和降温带来的时间浪费。

Description

一种 PECVD 系统

技术领域：

本发明涉及异质结硅基太阳能电池领域，尤其涉及一种用于制备该种电池的PECVD系统。

技术背景：

薄膜/晶硅异质结硅基太阳能电池属于第三代高效太阳能电池技术，它结合了第一代单晶硅与第二代硅薄膜的优势，具有转换效率高、温度系数低等特点，有着广阔的市场前景，将引领整个硅基太阳能电池的发展方向。

不同于传统晶硅电池所采用的扩散方法制备PN结，异质结硅基太阳能电池的PN结是在硅片表面制备,因此其对硅片表面的洁净程度要求特别高，这就要求在异质结硅基太阳能电池的生产过程中，特别在某些相关的重要步骤中，如：在PECVD 钝化层I层制备之前、钝化层I层与掺杂层N层或者P层的制备之间，所涉及的硅片表面需要严格保护，防止外界环境中的氧、水汽或者其它杂质污染对电池的发电效率造成波动。

不同于传统的非晶硅电池制备的本征层I层及掺杂层P或N层的约200-300nm厚度，异质结硅基太阳能电池的非晶硅钝化层I层、掺杂层N层或者P层的厚度非常薄，仅为 5-10nm左右，这使得制备薄膜的等离子体工艺时间非常短，而工业上为了降低成本，提高产能，势必会相应缩短其他步骤的时间来更好的匹配薄膜等离子体工艺时间，这些其他步骤的时间包括了：PECVD设备的抽真空、破真空、装载卸载硅片、传片以及硅片预热的时间。同时，由于异质结硅基太阳能电池的一面I/N层和另一面I/P层的独特结构，生产上为了防止工艺交叉污染，通常需要将 I/P/N 层的制备在不同的工艺镀膜腔中进行，此时，如何实现最快的节拍时间成为人们关注的一个重要问题。

在现有的异质结硅基太阳能电池的工业产线上，特别是 PECVD工艺段上，硅片及其载板的进出温度都有着严格的要求：（1）出片前，载板及硅片需在出片腔（Loadlock out）中冷却到一定温度，才能打开阀门进入大气环境中；（2）进片时，也需在一定温度以下，才可在载板上放置新鲜硅片。之所以要严格控制硅片及载板的温度，主要是因为晶硅或非晶硅表面在高温下易受外界环境的干扰，从而对电池效率产生不利的影响。另外，冷却的载板及硅片进入PECVD工艺镀膜腔室后，需要加热到一定的温度，才能进行等离子镀膜工艺。以上这些工业步骤中涉及反复的冷却、加热过程，耗费了产线的工作时间，降低了生产节拍，不利于产能的增加和电池成本的降低。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种PECVD系统，通过在该PECVD系统中设置氮气箱的方式，使得硅片在PECVD制程前后都处于氮气的保护之中，防止环境中氧气、水汽及杂质污染对晶硅以及非晶硅表面的污染，同时，利用该氮气箱的保护，硅片的载板可以维持在高温传输，减少了升温和降温带来的时间浪费。

为了达到以上目的，本发明提供了一种PECVD系统，包括工艺镀膜腔、传输腔、进片/出片腔，所述PECVD系统还包括氮气箱，所述氮气箱中设置有硅片装载/卸载平台，所述硅片装载/卸载平台对应于所述进片/出片腔并与其相连，所述PECVD系统用于异质结硅基太阳能电池的制备。

可选地，所述氮气箱内设置有加热装置，使得硅片在进入所述进片腔前温度达到预设温度，所述预设温度应与所述工艺镀膜腔内的工艺温度相匹配。

可选地，所述加热装置为多层结构，其层数应大于等于所述加热装置对硅片进行加热的时间与所述工艺镀膜腔内镀膜时间的比。

可选地，所述氮气箱充入的氮气纯度在99.99%以上。

可选地，所述氮气箱的湿度≤10%。

可选地，所述氮气箱的温度根据工艺镀膜腔温度进行调节。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1，通过在该PECVD系统中设置氮气箱的方式，使得硅片在PECVD工艺制程前后都处于氮气的保护之中，能够避免硅片在高温时容易受到氧气、水汽及杂质的污染的问题，同时，利用该氮气箱的保护，硅片的载板可以维持在高温传输，减少了升温和降温带来的时间浪费。

2，在可选方案中，在氮气箱中设置有加热装置，一方面能够避免现有技术中在PECVD工艺镀膜腔内因为自身加热所引起的硅片表面挥发物易存于腔内而无法去除干净的问题，另一方面也节省了硅片因在PECVD工艺镀膜腔内进行加热所消耗的时间，从而使硅片在工艺镀膜腔内能最大程度上地进行等离子体的沉积工艺，提高设备产能。

3，在可选方案中，氮气箱中的加热装置为多层结构，使得镀膜时间与加热时间更好的匹配，优化整个生产过程的时间节拍，进一步节省硅片的等待时间，提高设备产能，降低设备成本。

4，本发明中个，当氮气箱中充入的氮气为无油、无杂质的氮气、纯度≥99.99%以上、湿度≤10%时，硅片载板在氮气箱中的升温降温速度会更加缓慢，更加有助于维持载板的高温传输。

5，在可选方案中，氮气箱的温度可以根据工艺镀膜腔的温度调节，从而能更好地保证托盘在稳定的温度下运行。

附图说明：

图1是本发明中第一实施例的PECVD系统结构示意图。

图2是本发明中第二实施例的PECVD系统结构示意图。

具体实施方式：

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方法来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

第一实施例：

图1所示为本发明中第一实施例的PECVD系统结构示意图，该PECVD系统为一U型结构，用于制备异质结硅基太阳能电池。如图1所示，硅片进入进片腔101后会按顺序依次通过工艺镀膜腔104、传输腔103、工艺镀膜腔104和出片腔102，其中两个工艺镀膜腔104为双开口设计，即从一端进片从另一端出片，所述两个工艺镀膜腔104中进行的工艺为PECVD镀膜工艺，所沉积的薄膜可以为I层非晶硅、P层非晶硅、N层非晶硅中的任意一层，此处不做限制。所述PECVD系统还包括氮气箱105，且在所述氮气箱105中设置有硅片装载平台115及硅片卸载平台125，所述硅片装载平台115对应于所述进片腔101并与其相连，所述硅片卸载平台125对应于所述出片腔102并与其相连。所述硅片装载平台115和硅片卸载平台125可以通过安装吸盘的方式自动地在载板上放置和取回硅片，同时硅片装载/卸载平台还可用于存储更多的硅片。

需要指出的，所述硅片装载/卸载平台与所述进片/出片腔的连接端口一定位于氮气箱内，这样当硅片从出片腔102取出至卸载平台125时，高温的硅片因处于氮气环境中可以直接取出而无需等待。而在现有技术中，所述硅片卸载平台位于大气环境中，由于硅片在高温状态下很容易被氧化及受到其它污染物的影响，所以硅片从出片腔中取出前必须先进行冷却，即必须等待一段时间直至温度下降到一定程度后方可取出，这对于沉膜工艺时间非常短的异质结硅基太阳能电池而言成为影响其产能的瓶颈。因此，本发明中，通过采用在PECVD系统中增加氮气箱的设计可以避免硅片在时间等待上的浪费，从而增加产能。同样的道理，高温硅片也可以直接从装载平台115进入进片腔101，而无需等到后续制程中再进行升温。综合前述两个装载及卸载硅片的过程可以看出，由于在该PECVD系统中引入了氮气箱，可以省略硅片及其载板的升温及降温过程，同时，当一批硅片完成该工作循环而从载板取出后，载板也仍然保持了原来较高的温度，可以更容易地进入后续的循环工作，而不必重新开始从低温升至高温，有效地节省了工作时间，提高设备产能。

在某些可选方案中，所述氮气箱105内设置有加热装置135，具体可参见图1所示，使得硅片在进行PECVD工艺制程前进行能够在氮气箱内完成预加热，这样做一方面能够避免现有技术中在PECVD工艺镀膜腔内因为自身加热所引起的硅片表面挥发物易存于腔内而无法去除干净的问题，另一方面也节省了硅片因在PECVD工艺镀膜腔内进行加热所消耗的时间，从而使硅片在工艺镀膜腔内能最大程度上地进行等离子体的沉积工艺，提高设备产能。

所述加热装置135加热温度的高低通常应由硅片在进入进片腔前需达到的预设温度所决定，所述预设温度应与所述工艺镀膜腔内的工艺温度相匹配，举例说明：如工艺镀膜腔内的工艺温度为220℃，而硅片在从进入进片腔到达工艺镀膜腔的过程中会损失40℃，则硅片在进入进片腔前的预设温度应为260℃，则加热装置135的加热温度就应高于260℃。其中，从进片腔到达工艺镀膜腔的过程中的损耗可以通过几组实验测试得出。需要说明的是，所述加热装置135的位置可以如图1所示设置于装载平台与卸载平台之间，也可以设置于装载平台的一端，所述加热装置135的加热工作可以设置在装载平台的硅片装载前完成，也可以设置在装载平台的硅片装载后完成，另外，所述加热装置135还可以与装载平台合成一个整体，除此之外，所述加热装置135也可以有其他的设置方式，此处并不做限制，只要满足加热装置设置于氮气箱内，加热温度的设置能够较好地匹配工艺镀膜腔内的工艺温度即可。所述加热装置135与硅片装载平台之间的传递可以采用滚轮方式传递，也可以采用现有技术中其他的一些传递方式，此处不再赘述。

所述加热装置135可以为一层或者多层结构，由于工艺镀膜腔内镀膜时间通常小于加热装置对硅片进行加热的时间，所以，在优选方案中，可以将加热装置135设置为多层结构，其层数应大于等于所述加热装置对硅片进行加热的时间与所述工艺镀膜腔内镀膜时间的比。举例说明：对于异质结硅基太阳能电池而言，工艺镀膜腔内的PECVD工艺镀膜时间通常为100-150秒，假若为了达到硅片在进片腔前的预设温度，所述加热装置135的加热时间需要360秒，则所述加热装置的层数应优选为4层或者3层，这样可以使得镀膜时间与加热时间更好的匹配，优化整个生产过程的时间节拍，进一步节省硅片的等待时间，提高设备产能，降低设备成本。

在本发明中，采用了导热系数较低的氮气做为保护气，有助于维持载板高温传输时的温度稳定性，更进一步地，由于氮气箱内的气体导热系数与其含湿量、结构和孔隙度都有一定关系，所以，当所述氮气箱105中充入的氮气为无油、无杂质的氮气、纯度≥99.99%以上、湿度≤10%时，硅片载板在氮气箱中的升温降温速度会更加缓慢，更加有助于维持载板的高温传输。另外，氮气箱内具体温度的设置可以跟随工艺镀膜腔的温度灵活调节，目的也是能更好的保证托盘在稳定的温度下运行。

第二实施例：

图2所示为本发明中第二实施例的PECVD系统结构示意图，该PECVD系统为一团簇式结构，用于制备异质结硅基太阳能电池。传输腔103位于该PECVD系统的中央，其周围连接有进片腔101、出片腔102、工艺镀膜腔104，其中工艺镀膜腔104的个数可以为1-5个，所述PECVD系统还包括氮气箱105，且在所述氮气箱105中设置有硅片装载平台115及硅片卸载平台125，所述硅片装载平台115对应于所述进片腔101并与其相连，所述硅片卸载平台125对应于所述出片腔102并与其相连。

第二实施例的PECVD系统与第一实施例的区别主要在于PECVD系统的结构不同，一个为团簇式结构，一个为U型结构，至于氮气箱的设置与作用在两个实施例中基本相同，此处不再一一赘述。

在本发明中，对PECVD系统的结构不做限制，包括了工艺镀膜腔的个数、具体工艺、工艺镀膜腔内的具体结构设置等。另外，除了充有氮气的氮气箱以外，其它气体，如氩气、氦气等惰性气体也是合适的选择，它们排除氧气和水汽的能力都较强，也能起到较好的技术效果，但从生产运营价格上考虑，氮气是最合适的选择。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种PECVD系统，包括工艺镀膜腔、传输腔、进片/出片腔，其特征在于：所述PECVD系统还包括氮气箱，所述氮气箱中设置有硅片装载/卸载平台，所述硅片装载/卸载平台对应于所述进片/出片腔并与其相连，所述PECVD系统用于异质结硅基太阳能电池的制备。

2.根据权利要求1所述的一种PECVD系统，其特征在于：所述氮气箱内设置有加热装置，使得硅片在进入所述进片腔前温度达到预设温度，所述预设温度应与所述工艺镀膜腔内的工艺温度相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种PECVD系统，其特征在于：所述加热装置为多层结构，其层数应大于等于所述加热装置对硅片进行加热的时间与所述工艺镀膜腔内镀膜时间的比。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种PECVD系统，其特征在于：所述氮气箱充入的氮气纯度在99.99%以上。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种PECVD系统，其特征在于：所述氮气箱的湿度≤10%。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种PECVD系统，其特征在于：所述氮气箱的温度根据工艺镀膜腔内的温度进行调节。