CN108470800A - 一种降低pecvd机台tma耗量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低PECVD机台TMA耗量的方法，将PECVD机台氧化铝腔体内工艺带速设为185～200cm/min，腔体温度设为300～350℃，工艺压强设为0.11～0.14mbar，第一根气路笑气流量设为600～700sccm，TMA流量设为0mg/min，氩气流量设为0sccm，第二根气路笑气流量设为700～1000sccm，TMA流量设为200～300mg/min，氩气流量设为600～800sccm，第一根气路射频功率设为2500W，左右占空比分别设为6/17、6/18，第二根气路射频功率设为2200W，左右占空比分别设为4/17、4/18；本发明通过对氧化铝腔体内TMA气体流量、工艺压强、射频功率的综合优化调整，即可实现PECVD机台TMA耗量降低，进而达到PERC电池生产成本降低的目的。
Description
技术领域
本发明属于硅太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种降低PECVD机台TMA耗量的方法。
背景技术
PERC技术，即钝化发射极背面接触，通过在硅太阳能电池背面形成钝化层，可大幅降低背表面电学复合速率，形成良好的内部光学背反射机制，提升电池的开路电压、短路电流，从而提升电池的转换效率。PERC太阳能电池具有工艺简单，成本较低，且与现有电池生产线兼容性高的优点，是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注，有望成为未来高效太阳能电池的主流方向。
PERC太阳能电池的核心是在硅片的背光面镀一层氧化铝薄膜和一层氮化硅薄膜覆盖，以对硅钝化。电池生产商广泛用于规模化生产的两种氧化铝沉积技术是等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和原子层沉积（ALD）。PECVD所占市场份额最大，且在电池生产中不仅可用于氮化硅的沉积，而且沉积氧化铝并覆以氮化硅可以在不同腔体的同一工序中完成。ALD技术沉积膜的质量比PECVD更佳，但该技术需要在生产线上额外增加一套PECVD设备，用于氮化硅的沉积，因此设备投入成本高。
钝化膜厚度将影响生产成本，其中TMA的消耗量是主要因素，ALD技术相较之下最好，因为达到相同背部钝化效果时，该技术所需沉积的膜层最薄，ALD技术每硅片TMA耗量仅为2～3.3毫克左右，而PECVD技术对TMA消耗量为9～10毫克。当前，全球各大电池厂商都在加速引入PERC技术，与此同时，PERC电池本身也面临降低生产成本，以及提高电池性能，技术创新和规模化生产的挑战。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种工艺简单、容易实现的降低PECVD机台TMA耗量的方法，无需改进设备，仅需通过对氧化铝腔体内TMA气体流量、工艺压强、射频功率的综合优化与调整，即可实现PECVD机台TMA耗量的降低，进而达到PERC电池生产成本降低的目的，且制备出硅片的各项电性参数完全符合原定要求。
本发明的目的是这样实现的：一种降低PECVD机台TMA耗量的方法，PECVD机台包括氧化铝腔体和氮化硅腔体，氧化铝腔体用于对硅片镀氧化铝膜，氮化硅腔体用于对硅片镀氮化硅膜，氮化硅膜覆盖于氧化铝膜表面，包括以下步骤：
（a）硅片经过常规制绒、扩散、刻蚀、退火工艺后，进入PECVD机台的氧化铝腔体和氮化硅腔体，依次镀氧化铝膜和氮化硅膜，其中氮化硅腔体工艺不变；
（b）将氧化铝腔体内的工艺带速设为185～200cm/min，腔体温度设为300～350℃，工艺压强设为0.11～0.14mbar；
（c）将氧化铝腔体内第一根气路的笑气流量设为600～700sccm，TMA流量设为0mg/min，氩气流量设为0sccm，将氧化铝腔体内第二根气路的笑气流量设为700～1000sccm，TMA流量设为200～300mg/min，氩气流量设为600～800sccm；
（d）将氧化铝腔体内第一根气路的射频功率设为2500W，左右占空比分别设为6/17、6/18，将氧化铝腔体内第二根气路的射频功率设为2200W，左右占空比分别设为4/17、4/18；
（e）硅片随镀膜的长方形石墨载板依次进入氧化铝腔体、氮化硅腔体分别镀氧化铝膜、氮化硅膜。
优选的，所述硅片包括P型单晶硅片和多晶硅片。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）无需设备投入，仅需在原有PECVD机台上，通过综合优化与调整氧化铝腔体内TMA气体流量、工艺压强、射频功率三个工艺参数，即可实现PECVD机台TMA耗量的降低，进而达到PERC电池生产成本降低的目的，且制备出硅片的各项电性参数完全符合原定要求；
（2）PECVD机台的氮化硅腔体工艺不变，仅需改进氧化铝腔体内的工艺参数，通过提高第一根气路的射频功率，增加对笑气的电离，提高对硅片的清洗效果，改善氧化铝膜的沉积效果，通过降低TMA流量，来降低氧化铝膜厚度，同时通过降低工艺压强，改善氧化铝膜厚度的均匀性，来保证制备出来的PERC太阳能电池的电池转换效率符合原定要求，从而实现TMA耗量降低和PERC太阳能电池生产成本的降低，工艺简单，容易实现；
（3）与现有工艺相比，本发明制备出的氧化铝膜厚为10～15nm，PECVD机台TMA耗量可降低40%左右，可积极推动PERC电池的技术创新和规模化生产，具有较好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
应理解，氧化铝腔体内的第一根气路提供笑气，笑气即一氧化二氮，分子式N2O，笑气在射频的作用下电离后，用于硅片表面的清洗。
应理解，氧化铝腔体内的第二根气路提供笑气、TMA和氩气，TMA即三甲基铝，分子式Al(CH3)3，TMA电离后与笑气发生化学反应，在硅片表面沉积氧化铝膜，具体反应如下：
2Al(CH3)3+3N2O→AL2O3+3N2+2CH4+C+1/2H2
2Al(CH3)3+5Ar+20N2O→AL2O3+2CO2+4CO+9H2O+20N2+5Ar
其中氩气Ar为携带气体，不参与反应，当有氩气Ar存在时，会消耗更多的笑气使得TMA反应完全。
应理解，玛雅PECVD机台可以单独镀氧化铝膜，可以单独镀氮化硅膜，也可以同时先镀氧化铝膜后镀氮化硅膜。
应理解，现有工艺条件下，PERC太阳能电池的氧化铝膜厚度一般为3～30nm，不同的设备制备出来的氧化铝膜厚度会有所不同，ALD设备沉积出来的氧化铝膜厚一般为3～8nm，这种厚度的氧化铝膜制备出来的电池转换效率可以和玛雅PECVD机台制备出来的20nm厚度的电池转换效率相媲美，用玛雅PECVD机台沉积出来的氧化铝膜的厚度一般为20～30nm，本发明工艺是在保证电池转换效率不低于现有工艺的前提下，通过改变工艺参数，使得氧化铝膜厚度降低，使得TMA耗量降低，从而实现PERC太阳能电池生产成本降低。
下面通过实施例和对比例，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
实施例：采用本发明工艺
使用电阻率为1.1～1.8Ω•cm的156.75mm×156.75mm规格的P型单晶硅片，通过常规制绒、扩散、刻蚀、退火后，采用德国玛雅PECVD机台依次镀氧化铝膜和氮化硅膜，其中氮化硅腔体的工艺不变。
玛雅PECVD氧化铝腔体的工艺带速设为185～200cm/min，腔体温度设为300～350℃，工艺压强设为0.11～0.14mbar。
玛雅PECVD氧化铝腔体共两根气路，将第一根气路的笑气流量设为600～700sccm，TMA流量设为0mg/min，氩气流量设为0sccm，将第二根气路的笑气流量设为700～1000sccm，TMA流量设为200～300mg/min，氩气流量设为600～800sccm。
同时，将玛雅PECVD氧化铝腔体内第一根气路的射频功率设为2500W，左右占空比分别设为6/17、6/18，第二根气路的射频功率设为2200W，左右占空比分别设为4/17、/4/18。
将硅片背面朝上放置于镀膜的长方形石墨载板上，依次进入氧化铝腔体、氮化硅腔体分别镀氧化铝膜、氮化硅膜，采用的是长6片、宽4片共装载24片的长方形石墨载板。
对比例：采用现有工艺
使用电阻率为1.1～1.8Ω•cm的156.75mm×156.75mm规格的P型单晶硅片，通过常规制绒、扩散、刻蚀、退火后，采用德国玛雅PECVD机台依次镀氧化铝膜和氮化硅膜，其中氮化硅腔体的工艺不变。
玛雅PECVD氧化铝腔体的工艺带速设为185～200cm/min，腔体温度设为300～350℃，工艺压强设为0.15～0.18mbar。
玛雅PECVD氧化铝腔体共两根气路，将第一根气路的笑气流量设为600～700sccm，TMA流量设为0mg/min，氩气流量设为0sccm，将第二根气路的笑气流量设为700～1000sccm，TMA流量设为400～600mg/min，氩气流量设为600～800sccm。
同时，将玛雅PECVD氧化铝腔体内第一根气路的射频功率设为2200W，左右占空比分别设为6/17、6/18，第二根气路的射频功率设为2200W，左右占空比分别设为4/17、/4/18。
将硅片背面朝上放置于镀膜的长方形石墨载板上，依次进入氧化铝腔体、氮化硅腔体分别镀氧化铝膜、氮化硅膜，采用的是长6片、宽4片共装载24片的长方形石墨载板。
第一次对比试验，采用同一批原料的P型单晶硅片20片，各10片经抛光处理后分别采用上述两种工艺，其中抛光处理是为了氧化铝膜厚度测试的准确，在玛雅PECVD机台的氧化铝腔体中镀氧化铝膜后，取出用椭偏仪测试氧化铝膜厚度，所得氧化铝膜厚度如下表所示：
由此可见，现有工艺的氧化铝膜厚度为20～30nm，通过降低TMA流量和工艺压强后，本发明工艺的氧化铝膜厚度为10～15nm，氧化铝膜厚度降低。
第二次对比试验，采用同一批原料的P型单晶硅片2000片，各1000片分别采用上述两种工艺，经常规正面镀膜、激光开槽、丝网印刷后，用Halm测试机测试电性参数，所得电性参数（取平均值）如下表所示：
综合第一次对比试验，可以看出，本发明工艺的氧化铝膜较现有工艺的氧化铝膜厚度偏低，但电池转换效率比现有工艺有所升高，且开路电压提升较为明显，因此本发明工艺的氧化铝膜全部符合原定要求。
其中，本发明工艺的TMA流量为200～300mg/min，较现有工艺的TMA流量为400～600mg/min，节约生产成本40%左右。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种降低PECVD机台TMA耗量的方法，PECVD机台包括氧化铝腔体和氮化硅腔体，氧化铝腔体用于对硅片镀氧化铝膜，氮化硅腔体用于对硅片镀氮化硅膜，氮化硅膜覆盖于氧化铝膜表面，其特征在于，包括以下步骤：
（a）硅片经过常规制绒、扩散、刻蚀、退火工艺后，进入PECVD机台的氧化铝腔体和氮化硅腔体，依次镀氧化铝膜和氮化硅膜，其中氮化硅腔体工艺不变；
（b）将氧化铝腔体内的工艺带速设为185～200cm/min，腔体温度设为300～350℃，工艺压强设为0.11～0.14mbar；
（c）将氧化铝腔体内第一根气路的笑气流量设为600～700sccm，TMA流量设为0mg/min，氩气流量设为0sccm，将氧化铝腔体内第二根气路的笑气流量设为700～1000sccm，TMA流量设为200～300mg/min，氩气流量设为600～800sccm；
（d）将氧化铝腔体内第一根气路的射频功率设为2500W，左右占空比分别设为6/17、6/18，将氧化铝腔体内第二根气路的射频功率设为2200W，左右占空比分别设为4/17、4/18；
（e）将硅片背面朝上放置于镀膜的长方形石墨载板上，依次进入氧化铝腔体、氮化硅腔体分别镀氧化铝膜、氮化硅膜。
2.根据权利要求1所述的降低PECVD机台TMA耗量的方法，其特征在于：所述硅片包括P型单晶硅片和多晶硅片。
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