CN108666242A - 一种能够提高镀膜均匀性的方法及石墨载具 - Google Patents
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Abstract
本发明的能够提高镀膜均匀性的方法及石墨载具，沉积炉内设置若干横向并列的能够装载太阳能晶硅电池片的石墨舟，每片石墨舟通过支撑架支撑固定，相邻支撑架之间通过陶瓷支撑套分隔支撑，支撑架之间距离不均匀，位于外侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离大于位于内侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离，从外侧向内侧支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片间距逐渐缩小，以提高电场强度，补偿因温度不同导致的膜层沉积速度的不同，实现了对膜层沉积速度的有效控制，使得膜层厚度均匀性表现更为优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够提高镀膜均匀性的方法及石墨载具。
背景技术
太阳能晶硅电池需在电池片表面通过相关工艺生成减反射钝化氮化硅膜，以确保太阳能晶硅电池工作效率，太阳能晶硅电池一般通过管式等离子体增强化学气相沉积法镀膜，以提高电池片表面钝化、减小太阳光在硅片表面的反射，从而提高光电转换效率；膜层的外观颜色主要体现在膜层的厚度上，单位时间膜层的沉积厚度是关键控制的因子，管式等离子体增强化学气相沉积法沉积速率受很多因素影响，如硅烷和氨气气体总量和比例、热场、电场强度、载片间距等，而整个区域的温度均衡需要长时间的等待才可以满足工艺需求，但产能需求要求尽可能短的温度稳定时间；因此如何平衡热场和产能对时间的矛盾成为的核心技术矛盾；现有技术中的管式等离子体增强化学气相沉积法使用的石墨载具载片为等距分布，该载具保证了硅片间电池强度的高度一致，但未考虑由加热原理导致的载具外侧硅片升温速度快，而内部升温速度慢的现象，由于内外温度的不同，膜层沉积速度会有明显变化，导致外侧载片上的硅片膜厚较厚，整个载具内硅片间膜厚跨度大，颜色分布广；而随着光伏发电的推广应用，特别是家庭分布式电站对太阳能电池组件外观的装饰性需求越来越高，因此提高镀膜颜色外观的一致性显得尤为重要；等节距载具要实现膜厚集中，需要更长的温度稳定时间，还影响了单位时间成品输出产量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高电场强度，适应不同区域不同温度的膜层沉积速度，有效控制膜层厚度，能够提高镀膜均匀性的方法及石墨载具。
本发明能够提高镀膜均匀性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)将沉积炉中的石墨载具装载的太阳能电池载片由外侧向内侧依次编号太阳能电池载片编号C1、C2、C3……Cn；
b)C1与C2之间间距记作D1，C2与C3之间间距记作D2，……Cn-1与Cn之间间距记作Dn-1；
c)C1与C2之间陶瓷支撑套的长度记作H1，C2与C3之间陶瓷支撑套的长度记作H2，……Cn-1与Cn之间陶瓷支撑套的长度记作Hn-1；
d)等距离均匀设置沉积炉中的石墨载具，使得各石墨载具装载的太阳能电池载之间的间距相等，即各D1＝D2＝D3＝……＝Dn-1＝H1＝H2＝H3＝……＝Hn-1；
e)应用给定工艺的相应工艺预热时间、总载片数量，进行镀膜；
f)镀膜完成后分别测量记录相邻石墨载具中太阳能电池载片之间的间距内所有膜层厚度的平均值，记作F1、F2、F3……Fn-1；
g)因电场强度特性，各石墨载具中太阳能电池载片温度变化不同，越靠近中间的石墨载具中太阳能电池载片载片的膜层厚度越薄，选择Fn/2相应的厚度数据值作为基准膜层厚度；
h)测量Fn/2相应的陶瓷支撑套长度Hn/2，作为基准陶瓷支撑套长度；
i)建立陶瓷支撑套长度H的调整数学模型，计算陶瓷支撑套长度H的修正补偿系数：
……以此类推；
其中K和M分别为修正补偿系数，与工艺预热时间、总载片数量有关；
获得各陶瓷支撑套长度h1、h2、h3……hn-1；
j)根据修正补偿系数制作不同h1、h2、h3……hn-1长度的陶瓷支撑套，使得各石墨载具中太阳能电池载片之间距离不相同，以调整各石墨载具中太阳能电池载片之间电场强度，使得各石墨载具中太阳能电池载片之间电场强度相等；
k)应用给定工艺的相应工艺预热时间、总载片数量，和不同h1、h2、h3……hn-1 长度的陶瓷支撑套，进行镀膜，测量记录相邻石墨载具中太阳能电池载片之间的间距内所有膜层厚度的平均值f1、f2、f3……fn-1；
l)调整相应陶瓷支撑套长度h1、h2、h3……hn-1值，重复试验镀膜，直到 f1＝f2＝f3……＝fn-1；
所述步骤e)中膜层厚度的平均值通过椭偏仪测量；
本发明能够提高镀膜均匀性的石墨载具，包括沉积炉，沉积炉内设置有若干横向并列设置的能够装载太阳能晶硅电池片的石墨舟，每片石墨舟通过支撑架支撑固定，相邻支撑架之间通过陶瓷支撑套分隔支撑，其特征在于：所述每片支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片与相邻支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离不均匀，位于外侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离大于位于内侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片架之间距离；
所述位于外侧的第一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片与第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离最大，位于内侧的最后一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片与倒数第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离最小；外侧第一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片与第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离至内侧最后一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片与倒数第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离依次缩小；
所述相邻支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离变化由陶瓷支撑套长度分隔支撑构成；
所述陶瓷支撑套的长度变化系数为：
……以此类推；
所述……值由传统等距离陶瓷支撑套造成的太阳能晶硅电池片片镀膜层变化规律计算得出补偿系数；
所述沉积炉为等离子体增强化学气相沉积炉；
所述沉积炉内并列设置有240片石墨舟，支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片为常规P型156多晶硅片。
本发明能够提高镀膜均匀性的方法及石墨载具，位于外侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离大于位于内侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离，从外侧向内侧支撑架间距逐渐缩小，以提高电场强度，补偿因温度不同导致的膜层沉积速度的不同，实现了对膜层沉积速度的有效控制，使得膜层厚度均匀性表现更为优异，经实验验证，试验采用捷佳创等离子体增强化学气相沉积炉，对照参考载具琨脉雅标准240片石墨载具，使用常规P型156多晶硅片，经过酸体系表面织构化→扩散→链式湿法刻蚀后，自动化装载进试验载具中进行工艺，经过试验调整，优化前后舟内极差由原来的9nm缩小至2nm，达到了使用原有标准载具时预热时间延长10分钟同样的效果。
附图说明
图1是本发明实施例能够提高镀膜均匀性的石墨载具平面结构示意图；
图2是本发明实施例能够提高镀膜均匀性的石墨载具与优化前膜层参数对比示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种能够提高镀膜均匀性的方法，包括以下步骤：
a)将沉积炉中的石墨载具装载的太阳能电池载片由外侧向内侧依次编号太阳能电池载片编号C1、C2、C3……Cn；
b)C1与C2之间间距记作D1，C2与C3之间间距记作D2，……Cn-1与Cn之间间距记作Dn-1；
c)C1与C2之间陶瓷支撑套的长度记作H1，C2与C3之间陶瓷支撑套的长度记作H2，……Cn-1与Cn之间陶瓷支撑套的长度记作Hn-1；
d)等距离均匀设置沉积炉中的石墨载具，使得各石墨载具装载的太阳能电池载之间的间距相等，即各D1＝D2＝D3＝……＝Dn-1＝H1＝H2＝H3＝……＝Hn-1；
e)应用给定工艺的相应工艺预热时间、总载片数量，进行镀膜；
f)镀膜完成后分别测量记录相邻石墨载具中太阳能电池载片之间的间距内所有膜层厚度的平均值，记作F1、F2、F3……Fn-1；
g)因电场强度特性，各石墨载具中太阳能电池载片温度变化不同，越靠近中间的石墨载具中太阳能电池载片载片的膜层厚度越薄，选择Fn/2相应的厚度数据值作为基准膜层厚度；
h)测量Fn/2相应的陶瓷支撑套长度Hn/2，作为基准陶瓷支撑套长度；
i)建立陶瓷支撑套长度H的调整数学模型，计算陶瓷支撑套长度H的修正补偿系数：
……以此类推；
其中K和M分别为修正补偿系数，与工艺预热时间、总载片数量有关；
获得各陶瓷支撑套长度h1、h2、h3……hn-1；
j)根据修正补偿系数制作不同h1、h2、h3……hn-1长度的陶瓷支撑套，使得各石墨载具中太阳能电池载片之间距离不相同，以调整各石墨载具中太阳能电池载片之间电场强度，使得各石墨载具中太阳能电池载片之间电场强度相等；
k)应用给定工艺的相应工艺预热时间、总载片数量，和不同h1、h2、h3……hn-1 长度的陶瓷支撑套，进行镀膜，测量记录相邻石墨载具中太阳能电池载片之间的间距内所有膜层厚度的平均值f1、f2、f3……fn-1；
l)调整相应陶瓷支撑套长度h1、h2、h3……hn-1值，重复试验镀膜，直到 f1＝f2＝f3……＝fn-1；
其中步骤e)中膜层厚度的平均值通过椭偏仪测量。
本发明还涉及一种能够提高镀膜均匀性的石墨载具，包括沉积炉，沉积炉内设置有若干横向并列设置的能够装载太阳能晶硅电池片1的石墨舟，每片石墨舟通过支撑架支撑固定，相邻支撑架之间通过陶瓷支撑套2分隔支撑；沉积选择等离子体增强化学气相沉积炉，沉积炉内的每片太阳能晶硅电池片1都电连接至RF射频电源。
每片支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1与相邻支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离不均匀，位于外侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离大于位于内侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离，以距离变化来补偿电场强度差。
具体的距离设置为：位于外侧的第一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片 1与第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离最大，位于内侧的最后一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1与倒数第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离最小；外侧第一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1与第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离至内侧最后一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1与倒数第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离依次缩小，以依次缩小的距离来适应依次缩小的电场强度。
相邻支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片1之间距离变化由陶瓷支撑套长度分隔支撑构成，通过陶瓷支撑套长度的变化来实现太阳能晶硅电池片1的距离变化，支撑架、石墨舟结构无变化，装备改造工艺简单，成本低廉。
具体的陶瓷支撑套的高度变化系数为：
……以此类推；
所述……值由传统等距离陶瓷支撑套造成的硅片镀膜层变化规律计算得出补偿系数；
沉积炉选择捷佳创等离子体增强化学气相沉积炉。
沉积炉内并列设置有对照参考载具琨脉雅标准的240片石墨舟，装载的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片为常规P型156多晶硅片。
本发明的能够提高镀膜均匀性的方法及石墨载具，位于外侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离大于位于内侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片之间距离，从外侧向内侧支撑架间距逐渐缩小，以提高电场强度，补偿因温度不同导致的膜层沉积速度的不同，实现了对膜层沉积速度的有效控制，使得膜层厚度均匀性表现更为优异。
本发明的能够提高镀膜均匀性的石墨载具，具体实施方案为：
a)将载具中载片由外侧向内侧依次编号载片编号C1、C2、C3……Cn；
b)C1与C2间距记作D1，C2与C3间距记作D2，……Cn-1与Cn间距记作Dn-1；
c)C1与C2间陶瓷支撑套的长度记作H1，C2与C3间陶瓷支撑套的长度记作 H2，……Cn-1与Cn间陶瓷支撑套的长度记作Hn-1；
d)传统载具中D1＝D2＝D3＝……＝Dn-1＝H1＝H2＝H3＝……＝Hn-1；
e)对于给定工艺，分别记录传统载具中每个载片间距内所有膜层厚度的平均值(椭偏仪测试)，记作F1、F2、F3……Fn-1；
f)通常情况下，越靠近中间的载片的膜层厚度越薄，因此以Fn/2为基准，通过制作不同长度陶瓷支撑套来调整，达到调整电场强度的目的以期提高膜厚的一致性；
g)建立陶瓷支撑套长度H的调整数学模型
……以此类推；
其中K和M分别为修正补偿系数，与工艺预热时间、总载片数量有关。
h)对于给定工艺、载具载片数量，通过重复试验可得出K与M的值，结合膜厚数据，即可调整相应陶瓷支撑套长度，使得舟内膜层厚度达到高度一致。
本新产品的技术关键点和欲保护点：
1、本专利用电场强度差异对因温度造成膜层沉积速率不同的补偿设计。
2、通过载具载片间支撑瓷套高度来改变电场强度的控制方法。
具体实施案例：
1、试验采用捷佳创等离子体增强化学气相沉积炉，对照参考载具琨脉雅标准 240片石墨载具。
2、使用常规多晶156型硅片，经过酸体系表面织构化→扩散→链式湿法刻蚀后，自动化装载进试验载具中进行工艺。
3、经过试验调整，优化前后舟内极差由原来的9nm缩小至2nm，达到了使用原有标准载具时预热时间延长10分钟同样的效果。
本专利通过实验分析，提出新型的石墨载片变节距补偿方案。基于该方案，设计出从外侧向内侧载片间距逐渐缩小，以提高电场强度，补偿了因温度不同导致的膜层沉积速度的不同，实现了对膜层沉积速度的有效控制，使得膜层厚度其均匀性表现更为优异。
本专利通过对载片间距的梯度变化设计，控制电场强度变化，为等离体子增强化学沉积法沉积减反钝化膜时时间和温度稳定的现实矛盾提供了解决方案。
主要创新点主要有：
用改变载片治具间距的方式改变电场强度调整膜层沉积速度，从而解决了管式等离子体增强化学气相沉积法因短时间内温度无法达到平衡引起的沉积速度的差异导致的膜厚均匀性差的问题；通过支撑瓷套高度调节载具载片间距以实现电场强度的调整。
本专利通过对管式等离子体增强化学气相沉积法-沉积速率与温度、电场强度分布模型的研究结合实验探究成功设计出石墨载具载片具有梯度变化节距的新型石墨载具，为解决实际生产过程因靠外侧载片温度相对较高，镀膜厚度较厚的问题提供了有效的解决方法。
本专利基于等离子体增强化学气相沉积法载片间距对沉积速率影响出发，结合时间对热场分布的影响分析，成功设计出梯度分布式载片变节距实现了载具内不同区域相同沉积速率的有效控制。对石墨载具内不同区域氮化硅膜厚度的一致性有了进一步的提升。
Claims (9)
1.一种能够提高镀膜均匀性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)将沉积炉中的石墨载具装载的太阳能电池载片由外侧向内侧依次编号太阳能电池载片编号C1、C2、C3……Cn；
b)C1与C2之间间距记作D1，C2与C3之间间距记作D2，……Cn-1与Cn之间间距记作Dn-1；
c)C1与C2之间陶瓷支撑套的长度记作H1，C2与C3之间陶瓷支撑套的长度记作H2，……Cn-1与Cn之间陶瓷支撑套的长度记作Hn-1；
d)等距离均匀设置沉积炉中的石墨载具，使得各石墨载具装载的太阳能电池载之间的间距相等，即各D1＝D2＝D3＝……＝Dn-1＝H1＝H2＝H3＝……＝Hn-1；
e)应用给定工艺的相应工艺预热时间、总载片数量，进行镀膜；
f)镀膜完成后分别测量记录相邻石墨载具中太阳能电池载片之间的间距内所有膜层厚度的平均值，记作F1、F2、F3……Fn-1；
g)因电场强度特性，各石墨载具中太阳能电池载片温度变化不同，越靠近中间的石墨载具中太阳能电池载片载片的膜层厚度越薄，选择Fn/2相应的厚度数据值作为基准膜层厚度；
h)测量Fn/2相应的陶瓷支撑套长度Hn/2，作为基准陶瓷支撑套长度；
i)建立陶瓷支撑套长度H的调整数学模型，计算陶瓷支撑套长度H的修正补偿系数：
……以此类推；
其中K和M分别为修正补偿系数，与工艺预热时间、总载片数量有关；
获得各陶瓷支撑套长度h1、h2、h3……hn-1；
j)根据修正补偿系数制作不同h1、h2、h3……hn-1长度的陶瓷支撑套，使得各石墨载具中太阳能电池载片之间距离不相同，以调整各石墨载具中太阳能电池载片之间电场强度，使得各石墨载具中太阳能电池载片之间电场强度相等；
k)应用给定工艺的相应工艺预热时间、总载片数量，和不同h1、h2、h3……hn-1长度的陶瓷支撑套，进行镀膜，测量记录相邻石墨载具中太阳能电池载片之间的间距内所有膜层厚度的平均值f1、f2、f3……fn-1；
l)调整相应陶瓷支撑套长度h1、h2、h3……hn-1值，重复试验镀膜，直到f1＝f2＝f3……＝fn-1。
2.根据权利要求1所述能够提高镀膜均匀性的方法，其特征在于：所述步骤e)中膜层厚度的平均值通过椭偏仪测量。
3.一种应用于权利要求1～2能够提高镀膜均匀性的石墨载具，包括沉积炉，沉积炉内设置有若干横向并列设置的能够装载太阳能晶硅电池片(1)的石墨舟，每片石墨舟通过支撑架支撑固定，相邻支撑架之间通过陶瓷支撑套(2)分隔支撑，其特征在于：所述每片支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)与相邻支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离不均匀，位于外侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离大于位于内侧的支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)架之间距离。
4.根据权利要求3所述能够提高镀膜均匀性的石墨载具，其特征在于：所述位于外侧的第一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)与第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离最大，位于内侧的最后一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)与倒数第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离最小；外侧第一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)与第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离至内侧最后一根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)与倒数第二根支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离依次缩小。
5.根据权利要求3所述能够提高镀膜均匀性的石墨载具，其特征在于：所述相邻支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片(1)之间距离变化由陶瓷支撑套(2)长度分隔支撑构成。
6.根据权利要求3所述能够提高镀膜均匀性的石墨载具，其特征在于：所述陶瓷支撑套（2）的长度变化系数为：
……以此类推。
7.根据权利要求1所述能够提高镀膜均匀性的石墨载具，其特征在于：所述……值由传统等长度陶瓷支撑套造成的太阳能晶硅电池片镀膜层变化规律计算得出补偿系数。
8.根据权利要求3所述能够提高镀膜均匀性的石墨载具，其特征在于：所述沉积炉为等离子体增强化学气相沉积炉。
9.根据权利要求3所述能够提高镀膜均匀性的石墨载具，其特征在于：所述沉积炉内并列设置有240片石墨舟，支撑架上石墨舟中的太阳能晶硅电池片（1）为常规P型156多晶硅片。
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|---|---|---|---|---|
| WO2021212807A1 (zh) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 | 宁夏隆基乐叶科技有限公司 | 一种载片器和镀膜系统 |
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