CN112609171A - 一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺，包括炉门与炉体，所述炉门的右侧安装有第一法兰，且第一法兰的右侧设置有第一固定板，该第一固定板的上端开设有第一冷却水出口，所述炉体的内部填充有石英管，且该炉体的左下角分别开设有进气口与第二冷却水进口，所述炉体的右上角安装有第二固定板，且该第二固定板的右端安装有第二法兰，该基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺，通过等离子体增强辅助技术(PE)的辅助大大加快了SiO2，Poly层的沉积速度，缩短了工艺时间，通过匹配合适的射频电源频率，避免了在制备Poly层时等离子击穿SiO2层的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池加工技术领域，具体为一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种有效吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的期间，当太阳光照射在半导体PN结上，形成电子-空穴对，在PN结电场作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后形成电流。
传统晶硅太阳能电池只采用正面钝化技术，在硅片正表面沉积SiNx膜层实现太阳能电池表面钝化和减反射，可以降低少子在前表面的复合速率，大幅度提升晶硅电池的开路电压和短路电流，从而提升晶硅太阳能电池的转换效率。
同时目前的TOPCon工艺实现方式众多，但大多存在着工艺时间长，制备效率低的问题，速度较快的PECVD方式一致存在一个问题，SiO2层的厚度在1-5nm之间，镀后续的Poly层的时候等离子体携带着巨大能量，很容易将SiO2层击穿，这样就使SiO2层失去了量子隧穿效应，也就意味着TOPCon工艺提升转换效率的降低甚至失败。
因此发明一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明试图克服以上缺陷，因此本发明提供了一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺，通过等离子体增强辅助技术(PE)的辅助大大加快了SiO2，Poly层的沉积速度，缩短了工艺时间，通过匹配合适的射频电源频率，避免了在制备Poly层时等离子击穿SiO2层的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺，包括炉门与炉体，所述炉门的右侧安装有第一法兰，且第一法兰的右侧设置有第一固定板，该第一固定板的上端开设有第一冷却水出口，所述炉体的内部填充有石英管，且该炉体的左下角分别开设有进气口与第二冷却水进口，所述炉体的右上角安装有第二固定板，且该第二固定板的右端安装有第二法兰，所述炉后门的中间位置安装有电极，且炉后门通过电极与电源连接，所述炉后门的右侧还连接有过滤装置，该过滤装置的右端上下两侧分别开设有第二冷却水出口与第一冷却水进口。
优选的，所述第二冷却水进口安装于进气口的右侧。
优选的，所述电极的正负极分别连接至电源的正极接线端与负极接线端上。
优选的，所述第二冷却水出口与第一冷却水进口的孔径一致。
优选的，所述过滤装置的顶端连接有一个真空泵。
优选的，所述第二法兰安装于炉后门上。
一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的工艺，该工艺包括以下步骤：
步骤一、使用PECVD方式生长使SiO2膜生长，按比例通入O3或NO2气体，经过射频电源将气体离子化后沉积在硅片表面，控制反应压力在2000-3000mtorr，沉积时间为3-5min，沉积温度200-450℃，形成氧化硅薄膜，膜的厚度控制1-5nm范围；
步骤二、控制腔体温度350-600℃内，压力2000-3000mtorr，按照1:10的比例通入SiH4和Ar，将射频电源频率调高至400KHZ，沉积时间为30-35min。形成非晶硅薄膜，膜的厚度控制60-100nm范围；
步骤三、通过后续设备的常规退火完成掺杂；
步骤四、再返回本设备进行氮化硅膜生长，最后完成完整的TOPCon工艺。
(三)有益效果
本发明提供的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺。具备以下有益效果：该一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺，通过等离子体增强辅助技术(PE)的辅助大大加快了SiO2，Poly层的沉积速度，缩短了工艺时间，通过匹配合适的射频电源频率，避免了在制备Poly层时等离子击穿SiO2层的问题。
附图说明
图1为本发明一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺的整体结构示意图；
图中：1、炉门；2、第一法兰；3、第一冷却水出口；4、第一固定板；5、炉体；6、射石英管；7、第二固定板；8、第二法兰；9、炉后门；10、电极；11、电源；12、第二冷却水出口；13、真空泵；14、第一冷却水进口；15、过滤装置；16、第二冷却水进口；17、进气口。
具体实施方式
根据本发明的第一方面，本发明提供一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备及工艺，如图1所示，包括炉门1与炉体5，所述炉门1的右侧安装有第一法兰2，且第一法兰2的右侧设置有第一固定板4，该第一固定板4的上端开设有第一冷却水出口3，所述炉体5的内部填充有石英管6，且该炉体5的左下角分别开设有进气口17与第二冷却水进口16，所述炉体5的右上角安装有第二固定板7，且该第二固定板7的右端安装有第二法兰8，所述炉后门9的中间位置安装有电极10，且炉后门9通过电极10与电源11连接，所述炉后门9的右侧还连接有过滤装置15，该过滤装置15的右端上下两侧分别开设有第二冷却水出口12与第一冷却水进口14。
第二冷却水进口16安装于进气口17的右侧。
电极10的正负极分别连接至电源11的正极接线端与负极接线端上。
第二冷却水出口12与第一冷却水进口14的孔径一致。
过滤装置15的顶端连接有一个真空泵13。
第二法兰8安装于炉后门9上。
该工艺包括以下步骤：
步骤一、使用PECVD方式生长使SiO2膜生长，按比例通入O3或NO2气体，经过射频电源将气体离子化后沉积在硅片表面，控制反应压力在2000-3000mtorr，沉积时间为3-5min，沉积温度200-450℃，形成氧化硅薄膜，膜的厚度控制1-5nm范围；
步骤二、控制腔体温度350-600℃内，压力2000-3000mtorr，按照1:10的比例通入SiH4和Ar，将射频电源频率调高至400KHZ，沉积时间为30-35min。形成非晶硅薄膜，膜的厚度控制60-100nm范围；
步骤三、通过后续设备的常规退火完成掺杂；
步骤四、再返回本设备进行氮化硅膜生长，最后完成完整的TOPCon工艺。
需要说明的是，使用PECVD炉管完成氮化硅膜生长和非晶硅膜生长，能够提升TOPCon电池的背面SiO2，Poly层的生长速度，同时保证成膜的均匀性和完整性。
制备TOPCon电池的设备包括自动上下料系统，温控系统，真空系统，特气TMA/N2O/H20/N2/NH3/SiH4/Ar供应系统，射频电源等。温控系统控制控制炉管内温度在200-450℃范围内均匀且稳定；真空系统控制炉管内压力恒定，范围在500-3000mtorr内调整；特气系统为工艺过程提供反应气体，气体流量可控；射频电源提供高频微波，将反应气体等离子化，增强气体反应活性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备，包括炉门(1)与炉体(5)，其特征在于：所述炉门(1)的右侧安装有第一法兰(2)，且第一法兰(2)的右侧设置有第一固定板(4)，该第一固定板(4)的上端开设有第一冷却水出口(3)，所述炉体(5)的内部填充有石英管(6)，且该炉体(5)的左下角分别开设有进气口(17)与第二冷却水进口(16)，所述炉体(5)的右上角安装有第二固定板(7)，且该第二固定板(7)的右端安装有第二法兰(8)，所述炉后门(9)的中间位置安装有电极(10)，且炉后门(9)通过电极(10)与电源(11)连接，所述炉后门(9)的右侧还连接有过滤装置(15)，该过滤装置(15)的右端上下两侧分别开设有第二冷却水出口(12)与第一冷却水进口(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备，其特征在于：所述第二冷却水进口(16)安装于进气口(17)的右侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备，其特征在于：所述电极(10)的正负极分别连接至电源(11)的正极接线端与负极接线端上。
4.根据权利要求1所述的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备，其特征在于：所述第二冷却水出口(12)与第一冷却水进口(14)的孔径一致。
5.根据权利要求1所述的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备，其特征在于：所述过滤装置(15)的顶端连接有一个真空泵(13)。
6.根据权利要求1所述的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的设备，其特征在于：所述第二法兰(8)安装于炉后门(9)上。
7.根据权利要求1所述的一种基于等离子体增强辅助技术制备TOPCon电池的工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：
步骤一、使用PECVD方式生长使SiO2膜生长，按比例通入O3或NO2气体，经过射频电源将气体离子化后沉积在硅片表面，控制反应压力在2000-3000mtorr，沉积时间为3-5min，沉积温度200-450℃，形成氧化硅薄膜，膜的厚度控制1-5nm范围；
步骤二、控制腔体温度350-600℃内，压力2000-3000mtorr，按照1:10的比例通入SiH4和Ar，将射频电源频率调高至400KHZ，沉积时间为30-35min。形成非晶硅薄膜，膜的厚度控制60-100nm范围；
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