CN112663145B

CN112663145B - 一种去除lpcvd多晶硅绕镀的装置及方法

Info

Publication number: CN112663145B
Application number: CN202011398354.8A
Authority: CN
Inventors: 徐冠群; 张�林; 黄智�; 谢泰宏
Original assignee: Tongwei Solar Anhui Co Ltd
Current assignee: Tongwei Solar Anhui Co Ltd
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2040-12-04
Also published as: CN112663145A

Abstract

本发明公开了一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置及方法，属于晶硅太阳能电池技术领域。本发明的装置利用电极电解CF₄‑O₂气体形成等离子体对多晶硅绕度进行去除，刻蚀速度快。本发明的方法包括如下步骤：步骤一、制备PN结，并去除电池背结；步骤二、对PN结进行氧化，获得氧化层；步骤三、去除正面绕镀多晶硅表面的PSG；步骤四、利用等离子体对多晶硅绕镀进行刻蚀；步骤五、清洗氧化层并利用ALD技术和PECVD技术制备TOPCon双面电池。本发明的方法选取合适的O₂浓度，保证较大的刻蚀选择比，同时增加氧化时间，以获得合适厚度的氧化层，保证刻蚀不对PN结造成影响，提高了刻蚀之后电池的合格率。

Description

一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置及方法

技术领域

本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置及方法。

背景技术

近年来，在补贴退潮的倒逼下，我国光伏发电技术处于飞速发展中，其中最为基础的光伏电池技术更是百花齐放。不同类型的高效电池层出不穷。效率的不断提升，让人看到了光伏发电的活力，也看到了光伏发电未来的巨大潜力。

PERC电池目前量产效率为22.3％～22.8％，PERC电池实验室最高效率为24％，量产效率已经越来越接近这个数值，PERC电池的效率瓶颈已经到来。而且PERC电池已经面临着越来越多的难题：电阻率窗口很窄，EL良率下降，双面PID现象，LeTID现象。

近几年，TOPCon电池横空出世，受到了行业的焦点关注。晶科能源创造了N型单晶硅TOPCon双面电池24.87％(全面积)和24.90％(孔径面积)的中国最高效率纪录，Fraunhofer-ISE研究的N型TOPCon太阳能电池效率则达到了25.8％。根据理论计算，TOPCon太阳能电池的潜在效率(28.7％)最接近晶体硅太阳单结电池理论极限效率(29.43％)。

TOPCon技术只需要增加薄膜沉积设备，就能很好地与目前量产工艺兼容，TOPCon电池以较小的成本获得了较大的效率上升。拥有以上的优势，TOPCon电池毫无疑问拥有广阔的发展前景。N型TOPCon是继P型PERC之后大规模量产的新一代电池之一，TOPCon技术是在N型电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。该结构可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流。

TOPCon电池已经引起多家光伏企业的布局，中来股份、天合光能都宣布TOPCon实现量产。但是TOPCon电池良率一直是个大难题，造成生产成本居高不下，严重影响了TOPCon电池进一步发展的势头，良率偏低的主要原因LPCVD设备沉积多晶硅时造成正面绕镀现象，而目前行业湿法刻蚀的方式去除绕镀会带来各种各样的问题，造成良率和效率达不到预期效果。

正面多晶硅绕镀的去除行业目前主流的方法是湿法刻蚀方案。其中湿法刻蚀有酸碱去绕镀两种方案，但是酸碱去绕镀的方法均存在一定的问题。其中，用酸去绕镀，混酸去除电池正面多晶硅的同时也会刻蚀多晶硅下层的硅衬底，造成电池部分区域金字塔被损坏，严重影响电池的外观，造成电池良率偏低，生产成本高。用碱去除的方式则无法将有些电池片正面绕镀的多晶硅完全去除，特别是硅片四个角的区域，与碱反应速率很慢，长时间的刻蚀会影响电池正面其他区域和电池背面，造成器件失效。

经检索，中国专利号：ZL201380024888.6，授权公告日为：2017年3月1日，发明名称为：蚀刻方法和等离子体处理装置，该申请案的方法包括：(a)准备被处理基体的工序，该被处理基体具有被蚀刻层和设在该被蚀刻层上的掩模；(b)使用该掩模蚀刻被蚀刻层的工序。掩模具有：第1掩模部，其由多晶硅构成；第2掩模部，其由氧化硅构成，且介于该第1掩模部与所述被蚀刻层之间。在蚀刻被蚀刻层的工序中，向收纳有被处理基体的处理容器内供给用于蚀刻被蚀刻层的第1气体、用于除去已附着于掩模的沉积物的第2气体和用于保护第1掩模部的第3气体，在处理容器内生成等离子体。但该申请案在进行刻蚀时，等离子气体对掩膜部刻蚀速度较快，容易在停止刻蚀时不及时，从而对电池造成损坏。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

鉴于目前对多晶硅绕度去除多采用湿法刻蚀，而湿法刻蚀去除绕镀会带来各种各样的问题，造成良率和效率达不到预期效果的问题，本发明提供了一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置及方法，利用等离子气体去除多晶硅绕度，使多晶硅绕度得以完全去除，同时不损坏电池，良率和效率均能满足需要。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置，包括腔体、第一电极、第二电极和微波发生器；所述的第一电极和第二电极设置在腔体内部，分别靠近腔体入口和腔体出口；所述的微波发生器电连接第一电极和第二电极；所述的第一电极和第二电极之间放置硅片。

更进一步地，所述的硅片一面紧贴靠近腔体出口的电极，第一电极和第二电极之间产生的等离子体接触硅片未紧贴电极一侧。

更进一步地，所述的等离子体由两电极电解CF₄/O₂气体产生；所述的CF₄/O₂气体由腔体入口通入腔体，刻蚀后产生的气体由腔体出口排出。

本发明的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其步骤为：

步骤一、制备TOPCon双面电池的PN结，并利用湿法单面刻蚀，去除电池背结；

步骤二、对获得的PN结进行氧化，使其表面获得氧化层；

步骤三、利用单面刻蚀设备单面去除正面绕镀多晶硅表面的PSG；

步骤四、利用等离子体对电池正面的多晶硅绕镀进行刻蚀；

步骤五、清洗氧化层并利用ALD技术和PECVD技术制备TOPCon双面电池。

更进一步地，所述的步骤一中，使用槽式制绒设备，对单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面；并采用管式高温扩散技术，对硅基体掺硼制备PN结。

更进一步地，所述的步骤二中，在对PN结进行氧化时，氧气流量为15slm/min，氧化温度为980℃，获得的氧化硅厚度根据式(1)进行计算，

T＝0.5t+22.4 (1)

其中，T为氧化硅厚度，t为氧化时间。

更进一步地，所述的步骤三中，单面刻蚀设备中配置10-40％体积浓度的HF。

更进一步地，所述的步骤四中，选取CF₄-O₂作为等离子气体，CF₄气体流量为20-120sccm，O₂流量为10-60sccm，其中，O₂浓度占CF₄-O₂的35％，等离子气体刻蚀多晶硅和氧化硅的选择比为2。

更进一步地，所述的步骤二的氧化过程中，背面沉积的晶硅厚度为D，正面绕镀最边缘区域多晶硅厚度为110％D；步骤四中，等离子气体刻蚀多晶硅和氧化硅的选择比为2，则控制氧化硅临界厚度为110％D/2，并设定工艺窗口为10％，计算得出氧化硅最小厚度为60.5％D，结合公式(1)，得出氧化时间为1.21D-44.8。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)鉴于现有的湿法刻蚀去除绕镀会带来各种各样的问题，造成良率和效率达不到预期效果的问题，本发明提供的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置，利用等离子气体对绕度进行刻蚀，并将多晶硅一面紧贴电极，使等离子气体只刻蚀多晶硅的一面，而不对另一面造成损害，刻蚀速度快的同时，保证LPCVD多晶硅的完整，使去除绕镀的良率和效率满足要求。

(2)本发明提供的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，在进行蚀刻前，根据多晶硅堆积厚度，增加电池氧化时间，以增加氧化硅厚度，防止刻蚀过度，对PN结造成损坏。同时使用等离子气体对绕度进行蚀刻，速度较快。等离子气体选用CF₄-O₂气体，对多晶硅和氧化硅刻蚀速率差别大，能够节省氧化层，进而减少氧化时间，节约了资源。

(3)本发明提供的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，设定较好的氧气流量和氧化温度，保证氧化层较快形成。同时在氧化硅临界厚度基础上增加10％的工艺窗口，防止刻蚀速度过快，停止时导致氧化层厚度不够而影响到PN结，从而提高了刻蚀之后电池的合格率。

附图说明

图1为本发明太阳能电池硅片的结构示意图；

图2为本发明设备的结构示意图；

图3为本发明氧化时间与氧化层厚度关系折线图；

图4为O₂在CF₄-O₂中占比与对硅和氧化硅刻蚀速率关系图。

图中标号说明：

1、腔体；2、第一电极；3、等离子体；4、第二电极；5、腔体入口；6、腔体出口；7、硅片；8、微波发生器。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例中需要刻蚀的硅片7机构如图1所示，需要将氧化硅上层的多晶硅层完全去除。PN结上层覆盖一层氧化硅(BSG)，氧化硅上部是局部存在的多晶硅。多晶硅从边缘到中心绕镀层厚度逐渐降低，至中心处厚度为零。进行刻蚀时，需将上层局部存在的多晶硅去除，且不能刻蚀掉过多下层的氧化硅，以免损伤到氧化硅掩膜下面的硅衬底。

结合图2，本实施采用的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的装置，包括腔体1、第一电极2、第二电极4和微波发生器8；所述的第一电极2和第二电极4设置在腔体1内部，分别靠近腔体入口5和腔体出口6；所述的微波发生器8电连接第一电极2和第二电极4；所述的第一电极2和第二电极4之间放置硅片7。所述的硅片7一面紧贴靠近腔体出口6的电极，第一电极2和第二电极4之间产生的等离子体3接触硅片7未紧贴电极一侧。所述的等离子体3由两电极电解CF₄-O₂气体产生。CF₄-O₂气体由腔体入口5通入腔体1，刻蚀后产生的SiF₄气体由腔体出口6排出。其中，微波发生器8射频功率范围为100-5000W，腔体1内压力为10-500pa，温度为200-500℃。本实施例中，微波发生器8射频功率选取5000W，，腔体1内压力为500pa，温度为500℃。

本实施例的装置利用等离子气体对绕度进行刻蚀，并将硅片7一面紧贴电极，使等离子气体只刻蚀硅片7的一面，而不对另一面造成损害，刻蚀速度快的同时，保证LPCVD硅片7的完整，使去除绕镀的良率和效率满足要求。

本实施例的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其步骤为：

步骤一、制备TOPCon双面电池的PN结，并利用湿法单面刻蚀，去除电池背结：

使用槽式制绒设备，对单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面；并采用管式高温扩散技术，对硅基体掺硼制备PN结。并利用湿法单面刻蚀，去除电池背结。

步骤二、对获得的PN结进行氧化，使其表面获得氧化层：

结合图3，上层氧化硅厚度主要和推结后高温氧化步骤的时间、温度以及氧气流量关系密切。在对PN结进行氧化时，设定氧气流量为15slm/min，氧化温度为980℃，获得的氧化硅厚度根据式(1)进行计算，

T＝0.5t+22.4 (1)

其中，T为氧化硅厚度，t为氧化时间。

步骤三、利用单面刻蚀设备单面去除正面绕镀多晶硅表面的PSG：

单面刻蚀设备中配置10-40％体积浓度的HF。由于BSG厚度远大于PSG，可以较为轻易的控制反应时间，去除PSG。本实施例中选取40％体积浓度的HF。

步骤四、利用等离子体对电池正面的多晶硅绕镀进行刻蚀：

选取CF₄-O₂作为等离子气体，CF₄气体流量为20-120sccm，O₂流量为10-60sccm，其中，O₂浓度占CF₄-O₂的35％，等离子气体刻蚀多晶硅和氧化硅的选择比为2。结合图4，CF₄-O₂混合气体中O₂浓度比例对整个刻蚀反应速率影响很大，经发明人研究发现，当O₂浓度比例低于40％时，多晶硅和氧化硅的刻蚀速率与O₂浓度比例呈正相关关系，刻蚀速率与O₂浓度比例公式如下：

S₁＝133.8Q₁+33 (2)

S₂＝32.6Q₂+30 (3)

其中，S₁为硅刻蚀速率与O₂浓度比例关系，S₂为氧化硅刻蚀速率与O2浓度比例关系。

而当O₂浓度比例进一步提升，则刻蚀速率快速下降。因此结合两公式得出当O₂浓度比例在35％左右时，刻蚀速率选择比维持在2上下达到峰值。因此在通入CF₄-O₂混合气体时，控制O₂浓度占总气体比例的35％。本实施例中，为达到较快的刻蚀速率，选取CF₄气体流量为100sccm，O₂流量为54sccm。

其中，步骤二氧化过程中，背面沉积的多晶硅厚度较为固定，设定其厚度为D，而正面绕镀最边缘区域多晶硅厚度为110％D。而在步骤四中，等离子气体刻蚀多晶硅和氧化硅的选择比为2，则控制氧化硅临界厚度为110％D/2，并设定工艺窗口为10％，计算得出氧化硅最小厚度为60.5％D，结合公式(1)，得出氧化时间为1.21D-44.8。

本实施例的方法，在进行蚀刻前，根据多晶硅堆积厚度，增加电池氧化时间，以增加氧化硅厚度，防止刻蚀过度，对PN结造成损坏。同时使用等离子气体对绕度进行蚀刻，速度较快。等离子气体选用CF₄-O₂气体，对多晶硅和氧化硅刻蚀速率差别大，能够节省氧化层，进而减少氧化时间，节约了资源。同时设定较好的氧气流量和氧化温度，保证氧化层较快形成。在氧化硅临界厚度基础上增加10％的工艺窗口，防止刻蚀速度过快，停止时导致氧化层厚度不够而影响到PN结，从而提高了刻蚀之后电池的合格率。

实施例2

本实施例的装置与实施例1装置结构相同，不同之处在于，微波发生器8射频功率选取100W，，腔体1内压力为10pa，温度为200℃。本实施例的方法与实施例1的方法步骤相同，不同之处在于，步骤三中选择10％体积浓度的HF，步骤四中CF₄气体流量为19sccm，O₂流量为10sccm。

实施例3

本实施例的装置与实施例1装置结构相同，不同之处在于，微波发生器8射频功率选取3000W，腔体1内压力为200pa，温度为400℃。本实施例的方法与实施例1的方法步骤相同，不同之处在于，步骤三中选择20％体积浓度的HF，步骤四中CF₄气体流量为50sccm，O₂流量为27sccm。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其特征在于，其步骤为：

步骤二、对获得的PN结进行氧化，使其表面获得氧化层；

步骤四、利用等离子体对电池正面的多晶硅绕镀进行刻蚀；

步骤五、清洗氧化层并利用ALD技术和PECVD技术制备TOPCon双面电池；

所述的步骤二中，在对PN结进行氧化时，氧气流量为15slm/min，氧化温度为980℃，获得的氧化硅厚度根据式(1)进行计算，

T＝0.5t+22.4 (1)

其中，T为氧化硅厚度，t为氧化时间；

所述的步骤四中，选取CF₄-O₂作为等离子气体，CF₄气体流量为20-120sccm，O₂流量为10-60sccm，其中，O₂浓度占CF₄-O₂的35％，等离子气体刻蚀多晶硅和氧化硅的选择比为2；

所述的步骤二的氧化过程中，背面沉积的晶硅厚度为D，正面绕镀最边缘区域多晶硅厚度为110％D；步骤四中，等离子气体刻蚀多晶硅和氧化硅的选择比为2，则控制氧化硅临界厚度为110％D/2，并设定工艺窗口为10％，计算得出氧化硅最小厚度为60.5％D，结合公式(1)，得出氧化时间为1.21D-44.8。

2.根据权利要求1所述的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其特征在于：所述的步骤一中，使用槽式制绒设备，对单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面；并采用管式高温扩散技术，对硅基体掺硼制备PN结。

3.根据权利要求2所述的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其特征在于：所述的步骤三中，单面刻蚀设备中配置10-40％体积浓度的HF。

4.根据权利要求3所述的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其特征在于：方法所使用的装置包括腔体(1)、第一电极(2)、第二电极(4)和微波发生器(8)；所述的第一电极(2)和第二电极(4)设置在腔体(1)内部，分别靠近腔体入口(5)和腔体出口(6)；所述的微波发生器(8)电连接第一电极(2)和第二电极(4)；所述的第一电极(2)和第二电极(4)之间放置硅片(7)。

5.根据权利要求4所述的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其特征在于：所述的硅片(7)一面紧贴靠近腔体出口(6)的电极，第一电极(2)和第二电极(4)之间产生的等离子体(3)接触硅片(7)未紧贴电极一侧。

6.根据权利要求5所述的一种去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，其特征在于：所述的等离子体(3)由两电极电解CF4/O2气体产生；所述的CF4/O2气体由腔体入口(5)通入腔体(1)，刻蚀后产生的气体由腔体出口(6)排出。