CN106328477A - 特气管路、pecvd设备及硅片镀膜调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种特气管路、PECVD设备及硅片镀膜调整方法，属于太阳能电池制备技术领域。本发明包括多段特气管，多段特气管的数量等于排列在石墨舟上的硅片的行数加二或列数加二，多段特气管呈一行或一列并与石墨舟上的硅片行或列平行，处于中间部位的各段特气管分别对应一行或一列硅片，处于两端的两个特气管对称分设在呈行列排布的硅片的两端，每段特气管上设有多个特气孔并设有进气孔，每段特气管均设有控制氨气和硅烷流量的质量流量计。本发明能够实现太阳能硅片镀膜膜厚折射率均匀精细调整，减少太阳能电池的色差，提高电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种特气管路、PECVD设备及硅片镀膜调整的方法。
背景技术
太阳能电池生产的主要流程为：制绒、扩散、湿法刻蚀、减反射膜的沉积、丝网印刷和烧结。
在常规太阳能电池生产流程中，硅片直接进行酸腐蚀制绒以形成绒面效果，从而起到减反射的作用。然后进行扩散形成一定扩散深度的PN结，接着进行湿法刻蚀处理去除硅片四周的扩散层和表面的绝缘层，避免PN结导通形成漏电。利用PECVD（ PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition -等离子体增强化学气相沉积)工艺沉积氮化硅减反射层，减少太阳光的反射损失同时起到钝化的作用，提高载流子的少子寿命，然后利用丝网将金属浆料印刷在硅片表面，最后通过烧结炉完成烧结工艺，形成太阳能电池的正负极，完成太阳能电池片的制备。
PECVD镀膜折射率偏高时，太阳能电池的开路电压和短路电流都会降低，直接影响电池的转换效率，当膜厚均匀性差时，硅片镀膜膜厚折射率偏差较大，造成电池转换效率波动较大，尤其折射率偏高的电池效率明显降低。
传统板式PECVD镀膜设备采用的特气管路结构一样，每根特气管路均匀分布22个特气孔，如图3所示，当进行镀膜工艺时，石墨舟和特气管路的对应，由于特气孔为均匀分布，和石墨舟上硅片位置不完全对应，存在错位现象，影响片内镀膜均匀性。
现有板式PECVD镀膜设备，以SINA（德文Silizium硅-nitrid氮-anlage处理系统的缩写，是专门利用PECVD过程来沉积氮化硅薄膜的系统）设备为例主要有以下两种：
一、SINA1代设备采用的是所有特气管路结构相同，均为22个均匀性分布的特气孔；
二、SINA2代设备采用的是最后一组特气管路有补偿管路，两侧补偿管路各有3个特气孔，用于补偿石墨舟造成的镀膜红边，中间主管路为16个均匀分布的特气管路，补偿管路和中间主管路可以独自调整流量。
上述两种设备制备的硅片存在的缺陷是：1代设备镀膜红边；2代设备虽然可以补偿镀膜红边，但是当中间几片镀膜出现偏差时无法进行镀膜膜厚均匀性的调整。
发明内容
本发明提供的一种特气管路、PECVD设备及硅片镀膜调整方法，能够实现太阳能硅片镀膜膜厚折射率均匀精细调整，减少太阳能电池的色差，提高电池的转换效率。
为解决上述目的，本发明采取的技术方案是：一种特气管路，包括多段特气管，多段特气管的数量等于排列在石墨舟上的硅片的行数加二或列数加二，多段特气管呈一行或一列并与石墨舟上的硅片行或列平行，处于中间部位的各段特气管分别对应一行或一列硅片，处于两端的两个特气管对称分设在呈行列排布的硅片的两端，每段特气管上设有多个特气孔并设有进气孔，每段特气管均设有控制氨气和硅烷流量的质量流量计。
进一步地，与硅片对应的特气管上的特气孔的数量相同，处于两端的两个特气管上的特气孔的数量少于硅片对应的特气管上的特气孔的数量，每段特气管上的特气孔均沿各自特气管的长度方向均布，且各特气孔呈一直线排列，特气孔的开孔面向硅片。
进一步地，两端的特气管上的特气孔的数量比与硅片对应的特气管上的特气孔的数量少一。
进一步地，所述的特气管为5-8段，与硅片对应的每段特气管上的特气孔的数量为3-6个。
进一步地，特气孔直径为0.5-1.0mm。
进一步地，各特气管段之间留有间隙。
一种PECVD设备，包括腔室和多个特气管路，所述多个特气管路中至少包括一项上述的特气管路。
进一步地，PECVD设备为板式PECVD设备。
一种所述利用上述PECVD设备进行硅片镀膜调整方法，包括以下步骤：在石墨舟上选取一行或一列进行膜厚和折射率测试，和目标值比较；
当测试的硅片膜厚偏低时，调大对应的特气管的氨气质量流量计的流量，增大膜厚；膜厚偏高时，调小对应的特气管的氨气质量流量计流量，降低膜厚；
当测试的硅片折射率偏低时，调大对应的特气管的硅烷质量流量计流量，增大折射率；当测试的硅片折射率偏高时，调小对应的特气管的硅烷质子流量计流量，降低折射率；
直至测试的硅片的膜厚折射率接近目标值；
当测试最外一行或一列硅片出现镀膜红边时，调大相应侧最外端的特气管的氨气质量流量计流量；当测试最外一行或一列硅片出现镀膜白边，调小相应侧最外端的特气管的氨气质量流量计流量。
本发明的有益效果在于：本发明的特气管路分为多段，与呈行列排列的硅片对应，每段特气管都有相应的质量流量计控制氨气和硅烷流量，能够实现膜厚和折射率的单片调整，两端的两段特气管为补偿管路，用以补偿石墨舟造成的边缘膜不均匀的问题；本发明通过具有所述特气管路的PECVD设备可以实现太阳能硅片镀膜膜厚折射率均匀性的精细调整，减少太阳能电池的色差，提高电池的转换效率。
附图说明
图1是本发明特气管路实施例的结构示意图；
图2是本发明特气管路具体使用状态结构图；
图3是现有技术中特气管路的结构示意图；
图中：1、第一硅片；2、第二硅片；3、第三硅片；4、第四硅片；5、第五硅片；6、第一特气管；7、第二特气管；8、第三特气管；9、第四特气管；10、第五特气管；11、第七特气管；12、第六特气管；13、石墨舟；14、进气孔；15、特气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种特气管路，如图1所示，包括多段特气管，多段特气管的数量等于排列在石墨舟上的硅片的行数加二或列数加二，多段特气管呈一行或一列并与石墨舟上的硅片行或列平行，处于中间部位的各段特气管分别对应一行或一列硅片，处于两端的两个特气管对称分设在呈行列排布的硅片的两端，每段特气管上设有多个特气孔15并设有进气孔14，每段特气管均设有控制氨气和硅烷流量的质量流量计。本发明每段特气管对应一行或一列硅片，每段特气管都有相应的质量流量计控制氨气和硅烷流量，能够实现膜厚和折射率的单片调整，也即每一段特气管均可单独调整，两端的两段特气管为补偿管路，用以补偿石墨舟造成的边缘膜不均匀的问题，实现太阳能硅片镀膜膜厚折射率均匀性的精细调整，减少太阳能电池的色差，提高电池的转换效率。
本发明进一步采取的技术方案是，与硅片对应的特气管上的特气孔15的数量相同，处于两端的两个特气管上的特气孔15的数量少于硅片对应的特气管上的特气孔15的数量，每段特气管上的特气孔15均沿各自特气管的长度方向均布，且各特气孔15呈一直线排列，特气孔15的开孔面向硅片。两端的特气管对应的是石墨舟13的边框，没有对应的硅片，是补偿管路，用以补偿由于石墨舟造成的处于两边缘处的硅片膜厚不均，其特气孔可以少些。
作为较佳的实施例，两端的特气管上的特气孔的数量比与硅片对应的特气管上的特气孔的数量少一，如果中间的一段特气管上的特气孔为5个，则两端的特气管上的特气孔分别为4个。
本发明提供的特气管为5-8段，与硅片对应的每段特气管上的特气孔的数量为3-6个，特气孔直径为0.5-1.0mm，进一步说明的是，对于特气管的数量及特气孔的数量可根据本发明提供的特气管路配备的设备的不同而选择。本发明以板式PECVD设备为例进一步的说明，该设备由8组射频、8组特气系统组成，8组射频系统一致，特气系统前7组一致，最后一组对应的是本发明提及的特气管路，相应的作为最佳的选择方式，本发明特气管中间部分的数量为5个，特气孔每段5个，直径优选0.8mm，能够保证出气均匀，流量较低时镀膜效果较好。中间每段特气管均有5特气孔，两端的特气管分别有4个特气孔，总的出气孔较就特气管路多，当特气流量较小时保证了片内镀膜不会出现“M”型差异，片内均匀性差异小；也减少了由于均匀性差异造成的异常维护，降低维护成本。
本发明各特气管段之间留有间隙，各特气管的长度与对应的硅片的宽度大致相当。
本发明还提供一种PECVD设备，包括腔室和多个特气管路，多个特气管路中至少包括一个上述的特气管路。
本发明以板式PECVD设备进一步的详细说明，该设备由加热腔室、预加热腔室、工艺腔室、冷却腔室、卸载腔室组成，其中各腔室的门由压缩空气CDA通过气动阀控制开闭，每个腔室有尾气管道连通真空泵实现抽真空，每个腔室有氮气管道实现腔室充气，加热腔室和卸载腔室有氨气管道，用于生产过程中开启相应的门充气平衡腔室压力，加热腔室加热为红外管加热，加热速度快，预加热腔室为加热水加热，稳定温度，工艺腔室有氨气、硅烷管路，由气动阀和质量流量计控制开关和流量大小，工艺腔室有射频电极系统和加热系统，加热为电热丝加热，温度稳定，总体有上下传输系统和冷却系统。其中，特气系统由外围供给通过专用管路供给到设备总开关，开关下方通过管路连通气动阀，再连通质量流量计，最后通入工艺腔室内部和特气管路连接。本发明提供的PECVD设备由8组射频、8组特气系统组成，8组射频系统一致，特气系统前7组一致，每组分别由两个质量流量计控制氨气和硅烷流量，最后一组对应的特气管路为分7段式管路，也即本发明提及的特气管路，每段特气管都有相应的质量流量计控制氨气和硅烷流量，其中中间5段对应硅片在石墨舟上的位置，且每段特气管上的特气孔为5个，两端2段为补偿管路，与石墨舟的边框对应，特气孔为4个，特气孔直径为0.8mm。
通过该设备，5列硅片片间存在差异时可以单片调整，大大缩小了各列的片间镀膜差异，实现太阳能硅片镀膜膜厚折射率均匀性的精细调整。中间每段特气管均有5特气孔，总的出气孔较就特气管路多，当特气流量较小时保证了片内镀膜不会出现“M”型差异，片内均匀性差异小；也减少了由于均匀性差异造成的异常维护，降低维护成本。值得一提的是，本发明所提及的特气管路不仅仅适用于板式PECVD设备，也适用于4组射频设备、6组射频设备、双面镀膜设备。
本发明还提供一种利用所述的设备进行硅片镀膜调整方法，包括以下步骤：在石墨舟上选取一行或一列进行膜厚和折射率测试，和目标值比较；
当测试的硅片膜厚偏低时，调大对应的特气管的氨气质量流量计的流量，增大膜厚；膜厚偏高时，调小对应的特气管的氨气质量流量计流量，降低膜厚；
当测试的硅片折射率偏低时，调大对应的特气管的硅烷质量流量计流量，增大折射率；当测试的硅片折射率偏高时，调小对应的特气管的硅烷质子流量计流量，降低折射率；
直至测试的硅片的膜厚折射率接近目标值；
当测试最外一行或一列硅片出现镀膜红边时，调大相应侧最外端的特气管的氨气质量流量计流量；当测试最外一行或一列硅片出现镀膜白边，调小相应侧最外端的特气管的氨气质量流量计流量。
本发明以板式PECVD设备为例，进一步的调整方法如下：
首先，在石墨舟上选取一排硅片片进行膜厚和折射率测试，如图2，和目标值比较；
当第一硅片1膜厚偏低时，调大第一特气管6对应的氨气质量流量计流量，增大膜厚；
当第一硅片1膜厚偏高时，调小第一特气管6对应的氨气质量流量计流量，降低膜厚；
当第一硅片1折射率偏低时，调大第一特气管6对应的硅烷质量流量计流量，增大折射率；
当第一硅片1折射率偏高时，调小第一特气管6对应的硅烷质量流量计流量，降低折射率；
第二硅片2、第三硅片3、第四硅片4、第五硅片5膜厚折射率偏差调整方法同第一硅片1，直至膜厚折射率接近目标值；
当第一硅片1左边由于石墨舟13造成红边，即左边缘膜厚低，调大第六特气管12对应的氨气质量流量计流量，增大膜厚，减少红边现象；
当第一硅片1左边由于石墨舟造成白边，即左边缘膜厚高，调小第六特气管12对应的氨气质量流量计流量，降低膜厚，减少白边现象；
第五硅片5右边缘调整方法同第一硅片1左边缘。
利用本方法折射率可以实现0.1mm内偏差调整，减少了折射率高造成的效率偏低，从而提高了电池的转换效率。而且本发明提供的膜厚折射率调整方法简单易操。
本发明通过该设备及方法完成镀膜膜厚折射率的精细调整，优化了镀膜均匀性，稳定了电池的转化效率。由于该方法能够实现膜厚折射率的单片调整，故稳定了PECVD设备一个维护周期内的镀膜均匀性，减少了由于均匀性差造成的异常维护和电池效率波动，降低了维护成本的同时也稳定了电池效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种特气管路，其特征在于包括多段特气管，多段特气管的数量等于排列在石墨舟（13）上的硅片的行数加二或列数加二，多段特气管呈一行或一列并与石墨舟上的硅片行或列平行，处于中间部位的各段特气管分别对应一行或一列硅片，处于两端的两个特气管对称分设在呈行列排布的硅片的两端，每段特气管上设有多个特气孔（15）并设有进气孔（14），每段特气管均设有控制氨气和硅烷流量的质量流量计。
2.根据权利要求1所述的特气管路，其特征在于与硅片对应的特气管上的特气孔（15）的数量相同，处于两端的两个特气管上的特气孔（15）的数量少于硅片对应的特气管上的特气孔（15）的数量，每段特气管上的特气孔（15）均沿各自特气管的长度方向均布，且各特气孔（15）呈一直线排列，特气孔的开孔方向面向硅片。
3.根据权利要求2所述的特气管路，其特征在于两端的特气管上的特气孔的（15）数量比与硅片对应的特气管上的特气孔（15）的数量少一。
4.根据权利要求3所述的特气管路，其特征在于所述的特气管为5-8段，与硅片对应的每段特气管上的特气孔（15）的数量为3-6个。
5.根据权利要求1所述的特气管路，其特征在于特气孔（15）直径为0.5-1.0mm。
6.根据权利要求1所述的特气管路，其特征在于各特气管段之间留有间隙。
7.一种PECVD设备，包括腔室和多个特气管路，其特征在于所述多个特气管路中至少包括一个权利要求1-6中任一项所述的特气管路。
8.如权利要求7所述的PECVD设备，其特征在于所述的PECVD设备为板式PECVD设备。
9.一种利用权利要求7或8所述的设备进行硅片镀膜调整方法，其特征在于包括以下步骤：在石墨舟（13）上选取一行或一列进行膜厚和折射率测试，与目标值比较；
当测试的硅片膜厚偏低时，调大对应的特气管的氨气质量流量计的流量，增大膜厚；膜厚偏高时，调小对应的特气管的氨气质量流量计流量，降低膜厚；
当测试的硅片折射率偏低时，调大对应的特气管的硅烷质量流量计流量，增大折射率；当测试的硅片折射率偏高时，调小对应的特气管的硅烷质子流量计流量，降低折射率；
直至测试的硅片的膜厚折射率接近目标值；
当测试最外一行或一列硅片出现镀膜红边时，调大相应侧最外端的特气管的氨气质量流量计流量；当测试最外一行或一列硅片出现镀膜白边，调小相应侧最外端的特气管的氨气质量流量计流量。
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| CN113299792B (zh) * | 2021-04-17 | 2023-02-03 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种晶硅电池镀膜工艺自动化控制方法 |
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