CN110190156A - TOPCon电池表面钝化设备及钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TOPCon电池表面钝化设备及钝化方法，所述TOPCon电池表面钝化设备至少包括多功能PECVD，多功能PECVD对硅片的背面镀氧化硅膜、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400～600℃，所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层，然后降温至400～600℃。本发明利用多功能PECVD自带升降温功能或者多功能PECVD+退火炉升降温的工艺代替现有的LPCVD+清洗刻蚀的工艺，实现对硅片背面的单独沉积，多功能PECVD在沉积时不会对硅片的正面发生作用，解决了现有技术中对硅片正面的“先镀后洗再镀”的弊端，省去清洗刻蚀工序，降低由此引起对硅片正面镀膜的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池钝化技术领域，尤其是一种涉及超薄的可隧穿的氧化层和高掺杂的多晶硅薄层的TOPCon电池表面钝化设备及钝化方法。
背景技术
太阳能光伏电池是一种把太阳的光能直接转化为电能的新型电池。目前通常使用的是以硅为基底的硅光伏电池，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅光伏电池。随着硅片质量的提升，晶硅电池表面复合已经成为制约其效率的主要因素，表面钝化技术尤为重要。TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化钝化接触)作为一种新型钝化技术已经成为研究热点，该技术是在电池表面生成一层超薄的可隧穿的氧化层和一层高掺杂的多晶硅层，氧化层的钝化作用和高掺杂多晶硅层的场钝化作用可以极大地降低少子复合速率，同时高掺杂的多晶硅层对于多子来说具有良好的传导性，因而TOPCon电池具有高的开路电压和填充因子。
TOPCon电池技术多应用于N型晶体硅太阳能电池，其特点是在硅片的背面镀氧化硅（SiO2）膜和多晶硅层（poly-silicon）并对多晶硅层进行掺杂处理，在硅片的正面镀氧化铝（Al2O3）膜和氮化硅（SixNy）膜等。对于双面TOPCon电池技术还需要在硅片的背面镀氮化硅（SixNy）膜，而单面TOPCon电池技术则不需要。现有的TOPCon电池技术的工艺流程可归纳为：1.清洗制绒；2.硼扩散；3.刻蚀；4.硅片背面镀氧化硅膜和多晶硅层并掺杂处理；5.清洗刻蚀；6.硅片正面镀氧化铝膜和氮化硅膜。其中，对硅片背面镀膜工艺通常采用以下技术：1、利用LPCVD设备镀氧化硅膜+多晶硅层，并对多晶硅层掺杂处理。2、利用LPCVD设备镀氧化硅膜+多晶硅层，利用扩散掺杂工艺对多晶硅层掺杂处理。3、利用LPCVD设备镀氧化硅膜+多晶硅层，利用离子注入工艺对多晶硅层掺杂处理。以上几种技术中，由于LPCVD（LowPressure Chemical Vapor Deposition，低压力化学气相沉积）在工作时会同时对硅片的背面和正面进行沉积，在完成对背面镀膜后，需要对硅片正面和侧面进行清洗刻蚀，去除硅片正面的沉积层，使硅片的正面保持洁净，之后再对硅片的正面用PECVD（Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）或其他设备进行镀膜。因此，现有技术利用LPCVD进行镀膜时对硅片的正面是“先镀后洗再镀”，这样工序繁琐，费时费力，生产成本高，生产效率低。如果在清洗刻蚀中出现偏差，会导致硅片的成品率下降。目前行业内通常使用LPCVD设备实现对多晶硅层的沉积，一直受到其上述特点的局限，而这也是目前行业内较为普遍的技术思路。
发明内容
本申请人针对上述现有TOPCon电池表面钝化技术存在的工序繁琐、费时费力、生产成本高、生产效率低、不成品风险高等缺点，提供了一种结构合理的TOPCon电池表面钝化设备及两种钝化方法，能够用自带升降温功能且可以在同一腔室内沉积多种薄膜的多功能PECVD（本专利中简称“多功能PECVD”）或者多功能PECVD+退火炉升降温的工艺（此时多功能PECVD设备取消升降温功能，以节省时间）代替现有的LPCVD+清洗刻蚀的工艺，实现对硅片背面的单独沉积，简化了现有工序步骤，省去清洗刻蚀工序，降低对硅片正面镀膜的不利影响，提高生产效率，降低生产成本。
本发明所采用的技术方案如下：
一种TOPCon电池表面钝化设备，至少包括多功能PECVD，多功能PECVD对硅片的背面镀氧化硅膜、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400～600℃，所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层，然后降温至400～600℃。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片加热至600～1000℃。
还包括对硅片的正面镀氧化铝膜和氮化硅膜的设备或设备组合。
所述镀氧化铝膜和氮化硅膜的设备是ALD+PECVD、板式二合一PECVD或者管式二合一PECVD。
对于多功能PECVD+退火炉组合使用的情形，镀氧化铝膜和氮化硅膜的设备设置在退火炉工序之后或者多功能PECVD工序之后、退火炉工序之前。
本发明还采用的技术方案如下：
一种TOPCon电池表面钝化方法，至少包括以下步骤：
步骤101，对硅片依次进行清洗制绒、硼扩散、刻蚀工艺处理；
步骤102，利用多功能PECVD对硅片的背面镀氧化硅膜、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400～600℃；
步骤103，利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层，然后降温至400～600℃；
步骤104，对硅片的正面镀氧化铝膜和氮化硅膜。
作为上述技术方案的进一步改进：
对于双面TOPCon电池技术还需要在步骤103之前或之后对硅片的背面镀氮化硅膜。
本发明还采用的技术方案如下：
一种TOPCon电池表面钝化方法，至少包括以下步骤：
步骤201，对硅片依次进行清洗制绒、硼扩散、刻蚀工艺处理；
步骤202，利用多功能PECVD对硅片的背面镀氧化硅膜、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400～600℃；
步骤203，对硅片的正面镀氧化铝膜和氮化硅膜；
步骤204，利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层，然后降温至400～600℃。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述镀氧化铝膜和氮化硅膜的设备是ALD+PECVD、板式二合一PECVD或者管式二合一PECVD。
使用板式二合一PECVD或管式二合一PECVD时，对应的反应温度是400～600℃；使用ALD+PECVD组合时，ALD的对应温度<300℃，PECVD对应的反应温度是400～600℃。
本发明的有益效果如下：
本发明利用多功能PECVD自带升降温功能或者多功能PECVD+退火炉升降温的工艺代替现有的LPCVD+清洗刻蚀的工艺，实现对硅片背面的单独沉积，多功能PECVD在沉积时不会对硅片的正面发生作用，解决了现有技术中对硅片正面的“先镀后洗再镀”的弊端，本发明采取多功能PECVD配合升降温工艺，简化了现有工序步骤，省去清洗刻蚀工序，减少对硅片正面的多次处理，降低由此引起对硅片正面镀膜的不利影响。同时，升降温工艺与“先镀后洗”相比更加容易实现，提高了生产效率，降低生产成本。本发明利用升降温工艺将非晶硅层加热转化为多晶硅层，使本发明的多功能PECVD具备LPCVD的相似工艺效果，以此解决LPCVD设备在TOPCon电池表面钝化中存在的缺陷，另辟蹊径，具有明显的技术创新。
附图说明
图1为TOPCon电池表面钝化结构的示意图。
图2为本发明TOPCon电池表面钝化方法的流程图。
图3为本发明另一种TOPCon电池表面钝化方法的流程图。
图中：1、硅片；2、氧化硅膜；3、多晶硅层；4、氧化铝膜；5、氮化硅膜。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
在本专利中，所述的“多功能PECVD”是指在可以同一腔室中沉积可隧穿的氧化层、非晶硅层、多晶硅层（需要升温）、氮化硅层且可以快速升温和降温的PECVD设备（根据情况具备全部以上功能或其中部分功能），在本专利中用于对TOPCon电池的硅片背面沉积。所述的“管式二合一PECVD” 是指可以在同一腔室中沉积氧化铝、氧化硅、氮氧化硅和氮化硅中全部或任意一种薄膜的管式PECVD设备；所述的“板式二合一PECVD”是指可以同一设备不同腔室中依次沉积氧化铝、氧化硅、氮氧化硅和氮化硅中全部或任意一种薄膜的板式PECVD设备，本专利中管式二合一PECVD或板式二合一PECVD用于对TOPCon电池的硅片正面沉积。
参照图1所示，本发明所述的TOPCon电池表面钝化设备至少包括多功能PECVD，多功能PECVD对硅片1的背面镀氧化硅膜2、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片1加热至600℃以上，优选为600~1000℃，使非晶硅层转化为多晶硅层3，然后降温至400~600℃。在升降温工序之后设有沉积氧化铝膜4和氮化硅膜5的设备，对硅片1的正面镀氧化铝膜4和氮化硅膜5。对于双面TOPCon电池技术还需要在硅片的背面镀氮化硅膜，使用的设备可以是多功能PECVD或其他设备，硅片背面镀氮化硅膜可以发生在所述升降温工序之前或者之后。
所述沉积氧化铝膜4和氮化硅膜5的设备可以是ALD+PECVD、板式二合一PECVD、管式二合一PECVD等设备或组合。其中，ALD（Atomic Layer Deposition，原子层沉积）用于氧化铝的原子层沉积，PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）用于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等的等离子体增强化学气相沉积。板式二合一PECVD和管式二合一PECVD均可以实现对硅片1的正面镀氧化铝膜4和氮化硅膜5。使用板式二合一PECVD或管式二合一PECVD时，对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。使用ALD+PECVD组合时，ALD的对应温度<300℃，PECVD对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。
作为一种变化，对于多功能PECVD+退火炉组合使用的情形，沉积氧化铝膜4和氮化硅膜5的设备还可以设置在多功能PECVD工序之后、退火炉工序之前，对硅片1的正面镀氧化铝膜4和氮化硅膜5。
如图2所示，本发明所述的一种TOPCon电池表面钝化方法，至少包括以下步骤：
步骤101，对硅片1依次进行清洗制绒、硼扩散、刻蚀等工艺处理。
步骤102，利用多功能PECVD对硅片1的背面镀氧化硅膜2、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。
步骤103，利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片1加热至600℃以上，优选为600~1000℃，使非晶硅层转化为多晶硅层3，然后降温至400~600℃。
步骤104，对硅片1的正面镀氧化铝膜4和氮化硅膜5。其中，沉积氧化铝膜4和氮化硅膜5的设备可以是ALD+PECVD、板式二合一PECVD、管式二合一PECVD等设备或组合。
使用板式二合一PECVD或管式二合一PECVD时，对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。使用ALD+PECVD组合时，ALD的对应温度<300℃，PECVD对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。
需要说明的是，对于双面TOPCon电池技术还需要在硅片的背面镀氮化硅膜，使用的设备可以是多功能PECVD或其他设备，对硅片背面镀氮化硅膜可以发生在所述步骤103之前或者之后。
步骤101是TOPCon电池钝化的常规工序，本实施例不再赘述。
步骤102结束后，可以对硅片1进行清洗处理，保证硅片1的表面清洁，确保生产的精确率，是否需要清洗处理可视情况而定。
如图3所示，本发明所述的另一种TOPCon电池表面钝化方法，至少包括以下步骤：
步骤201，对硅片1依次进行清洗制绒、硼扩散、刻蚀等工艺处理。
步骤202，利用多功能PECVD对硅片1的背面镀氧化硅膜2、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。
其中，对于双面TOPCon电池技术还需要在硅片的背面镀氮化硅膜，而单面TOPCon电池技术则不需要。
步骤203，对硅片1的正面镀氧化铝膜4和氮化硅膜5。其中，沉积氧化铝膜4和氮化硅膜5的设备可以是ALD+PECVD、板式二合一PECVD、管式二合一PECVD等设备或组合。
使用板式二合一PECVD或管式二合一PECVD时，对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。使用ALD+PECVD组合时，ALD的对应温度<300℃，PECVD对应的反应温度是400~600℃，优选为450℃。
步骤204，利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片1加热至600℃以上，优选为600℃，使非晶硅层转化为多晶硅层3，然后降温至400~600℃。
本发明利用多功能PECVD对硅片1背面进行单独沉积，再利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将非晶硅层加热转化为多晶硅层3，实现LPCVD的相似工艺效果，替换对硅片正面的“先镀后洗再镀”的工艺，简化工艺流程，使生产工艺更加便捷。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种TOPCon电池表面钝化设备，其特征在于：至少包括多功能PECVD，多功能PECVD对硅片（1）的背面镀氧化硅膜（2）、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400~600℃，所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片（1）加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层（3），然后降温至400~600℃。
2.根据权利要求1所述的TOPCon电池表面钝化设备，其特征在于：所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片（1）加热至600~1000℃。
3.根据权利要求1所述的TOPCon电池表面钝化设备，其特征在于：还包括对硅片（1）的正面镀氧化铝膜（4）和氮化硅膜（5）的设备或设备组合。
4.根据权利要求3所述的TOPCon电池表面钝化设备，其特征在于：所述镀氧化铝膜（4）和氮化硅膜（5）的设备是ALD+PECVD、板式二合一PECVD或者管式二合一PECVD。
5.根据权利要求3或4所述的TOPCon电池表面钝化设备，其特征在于：对于多功能PECVD+退火炉组合使用的情形，镀氧化铝膜（4）和氮化硅膜（5）的设备设置在退火炉工序之后或者多功能PECVD工序之后、退火炉工序之前。
6.一种使用权利要求1所述TOPCon电池表面钝化设备的TOPCon电池表面钝化方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
步骤101，对硅片（1）依次进行清洗制绒、硼扩散、刻蚀工艺处理；
步骤102，利用多功能PECVD对硅片（1）的背面镀氧化硅膜（2）、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400~600℃；
步骤103，利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片（1）加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层（3），然后降温至400~600℃；
步骤104，对硅片（1）的正面镀氧化铝膜（4）和氮化硅膜（5）。
7.根据权利要求6所述的TOPCon电池表面钝化方法，其特征在于：对于双面TOPCon电池技术还需要在步骤103之前或之后对硅片的背面镀氮化硅膜。
8.一种使用权利要求1所述TOPCon电池表面钝化设备的TOPCon电池表面钝化方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
步骤201，对硅片（1）依次进行清洗制绒、硼扩散、刻蚀工艺处理；
步骤202，利用多功能PECVD对硅片（1）的背面镀氧化硅膜（2）、非晶硅层以及对非晶硅层的原位掺杂，对应的反应温度是400~600℃；
步骤203，对硅片（1）的正面镀氧化铝膜（4）和氮化硅膜（5）；
步骤204，利用所述多功能PECVD自带升降温功能或者位于多功能PECVD工序之后的退火炉将镀膜后的硅片（1）加热至600℃以上，使非晶硅层转化为多晶硅层（3），然后降温至400~600℃。
9.根据权利要求6或8所述的TOPCon电池表面钝化方法，其特征在于：所述镀氧化铝膜（4）和氮化硅膜（5）的设备是ALD+PECVD、板式二合一PECVD或者管式二合一PECVD。
10.根据权利要求9所述的TOPCon电池表面钝化方法，其特征在于：使用板式二合一PECVD或管式二合一PECVD时，对应的反应温度是400~600℃；使用ALD+PECVD组合时，ALD的对应温度<300℃，PECVD对应的反应温度是400~600℃。
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