CN112760614B - 一种多晶pecvd镀膜均匀性优化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，属于太阳能电池技术领域。包括以下步骤：预沉积：采用PECVD镀膜设备，在一定的压力和功率下，通入NH3气体，经沉积得镀膜A；沉积第一层SiNx层：在一定的压力和功率下，分别向镀膜A通入SiH4和NH3气体，经沉积得镀膜B；沉积第二层SiNx层：在一定的压力和功率下，分别向镀膜B通入SiH4和NH3气体，经沉积得多晶PECVD镀膜。本发明在常规PECVD设备的基础上，沉积SiNx减反射膜，通过控制两层膜的厚度与折射率，提高对光吸收，利用SiNx物理稳定性，减少光学损失，提高电池效率，优化电池片成品颜色，且本发明不增加生产成本，易于实现。

Description

一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体的说是涉及一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法。
背景技术
晶硅太阳能电池技术发展到目前为止，生产成本控制已经成为限制光伏电池发展的主要因素。降低成本，提高转化效率始终是光伏领域研究的热门课题。
影响晶硅太阳能电池的转化效率主要来自以下两个方面：
1、电学损失：包括半导体表面和体内光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻、金属-半导体接触电阻损失，欧姆电阻比较容易降低，其中最为关键的是降低光生载流子的复合；
2、光学损失：包括前表面反射损失、金属栅线的遮挡损失、光照部分各波段非吸收损失，其中光波段非吸收损失与半导体自身性质有关，反射和遮挡损失是可以通过技术手段减少的。
综上所述：提高转化效率的关键是：1.减少光的反射和遮挡损失；2.降低光生载流子的复合。
目前对晶硅太阳能电池的表面减反射的材料种类很多，如氧化硅，氧化铝，碳化硅、氮化硅等，由于氮化硅具有良好的耐腐蚀性、稳定性、很好的对金属钠离子、水汽起到掩蔽作用，且氮化硅在沉积过程中会产生氢，氢原子进入硅片体内起到良好的钝化作用，在制造方面比较简单，生成温度较低，适合于工业化大规模量产。
但现在的双层膜工艺由于管式PECVD自身的缺陷，无法做到整个管内温度的均匀性，相应的必然出现镀膜均匀性的问题。
因此，如何更好的提高镀膜均匀性，提升转化效率，对镀膜工艺进行优化是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，包括以下步骤：
(1)预沉积：采用PECVD镀膜设备，在一定的温度、压力和功率下，通入NH3气体，经沉积得镀膜A；
(2)沉积SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜A通入SiH4和NH3气体，经沉积得镀膜B；
(3)再次沉积SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜B通入SiH4和NH3气体，经沉积得多晶PECVD镀膜。
有益效果在于：前期的预沉积是为后续沉积做准备，通过电离氨气，得到充足的氢离子环境，增加氢钝化效果，后续主反应步骤(2)、(3)SiNx膜的折射率分别为2.3(步骤2形成的膜厚为4～15nm)和2.0(步骤3形成的膜厚为65～70nm)，由于两种折射率有着较大的差异，通过调整两层膜的厚度进而影响折射率，形成高低折射率的搭配，达到了对光谱中波长300～1200um的反射率低0.5％～1％，达到对入射光光吸收显著的目的。
优选的：步骤(1)中，NH3气体流量为3000～5000sccm/min，沉积时间为10～20s，镀膜A厚度为1～5nm。
有益效果在于：短时间通入氨气，提供一个氢离子的氛围，为后续镀膜做准备。
优选的：步骤(2)中，SiH4气体流量为800～1000sccm/min；NH3气体流量为3000～5000sccm/min；气体总流量为3800～6000sccm/min，镀膜B厚度为5～20nm；
其中NH3和SiH4气体体积比为4.4：1；沉积时间为100～200s。
有益效果在于：此步骤主要起钝化作用，可以提供一层高折射率的结构致密的氮化硅薄膜。
优选的：步骤(3)中，SiH4气体流量为300～700sccm/min；NH3气体流量为3500～7000sccm/min；气体总流量为3800～7700sccm/min，多晶PECVD镀膜厚度为75～85nm；
其中，NH3和SiH4气体体积比为9：1；沉积时间为400～500s。
有益效果在于：预沉积的效果、第一层、第二层SiNx膜厚度与折射率是依据NH3的流量比、射频功率、射频脉冲开关比以及镀膜时间的长短来确定。其中，第二层膜通过与第一层膜的配合，提高电池效率。
优选的：步骤(1)～(3)功率均为5000～8000W，温度均为450～480℃。
优选的：步骤(1)和(2)压力均为1300～1500mTorr。
有益效果在于：此温度、功率和压力下有利于沉积的稳定性。来保正膜层结构的稳定性。
优选的：步骤(3)压力为1500～1800mTorr。
优选的：步骤(1)和(2)PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比为50：650。
有益效果在于：与之前不同的压力，用来确保沉积速率，可以达到预想的沉积厚度，同时搭配不同的射频脉冲开关比用来保证沉积的稳定性。
优选的：步骤(3)射频脉冲开关比为55：650。
本发明还提供了上述方法制备得到的多晶PECVD镀膜材料。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，在常规PECVD设备的基础上，采用多晶硅太阳能电池制造方法沉积SiNx减反射膜，通过控制两层膜的厚度与折射率，提高对光吸收，利用SiNx物理稳定性，减少光学损失，提高电池效率，优化电池片成品颜色；同时本发明不增加生产成本，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的多晶硅片PECVD镀膜结构示意图；其中，硅基体为多晶硅片，n1为第一层膜折射率，n2为第二层膜折射率，d1为第一层膜膜厚，d2为第二层膜膜厚。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法。
实施例中所涉及的原料和设备均为市售渠道采购，其中多晶硅片采用徐州协鑫硼掺杂P型多晶硅片，规格为158.75×158.75mm2，厚度为180±20um，电阻率为1～3Ω，实验涉及的沉积氮化硅薄膜采用捷家伟创PD-380型PECVD设备，同时采用SE400椭偏仪测量不同组的膜厚折射率数据，对其品牌来源不做限定，满足实验与工业生产即可。
实施例1
一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，包括以下步骤：
(1)预沉积：采用PECVD镀膜设备，在一定的温度、压力和功率下，通入NH3气体，经沉积得镀膜A；
(2)沉积第一层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜A同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得镀膜B；
(3)沉积第二层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜B同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得多晶PECVD镀膜。
为进一步优化技术方案：步骤(1)中，NH3气体流量为3000sccm/min，沉积时间为10s，镀膜A厚度为1nm。
为进一步优化技术方案：步骤(2)中，SiH4气体流量为800sccm/min；NH3气体流量为3000sccm/min；气体总流量为3800sccm/min，镀膜B厚度为5nm
其中NH3和SiH4气体体积比为4.4：1；沉积时间为100s。
为进一步优化技术方案：步骤(3)中，SiH4气体流量为300sccm/min；NH3气体流量为3500sccm/min；气体总流量为3800sccm/min，多晶PECVD镀膜厚度为75nm。
其中，NH3和SiH4气体体积比为9：1；沉积时间为400s。
为进一步优化技术方案：步骤(1)和(2)压力均为1300mTorr；
步骤(3)压力为1500mTorr；
步骤(1)～(3)功率均为5000W；温度均为450℃。
步骤(1)和(2)PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比为50：650；
步骤(3)射频脉冲开关比为55：650。
实施例2
一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，包括以下步骤：
(1)预沉积：采用PECVD镀膜设备，在一定的温度、压力和功率下，通入NH3气体，经沉积得镀膜A；
(2)沉积第一层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜A同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得镀膜B；
(3)沉积第二层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜B同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得多晶PECVD镀膜。
为进一步优化技术方案：步骤(1)中，NH3气体流量为4200sccm/min，沉积时间为15s镀膜A厚度为3nm。
为进一步优化技术方案：步骤(2)中，SiH4气体流量为950sccm/min；NH3气体流量为4200sccm/min；气体总流量为5150sccm/min，镀膜B厚度为15nm
其中NH3和SiH4气体体积比为4.4：1；沉积时间为160s。
为进一步优化技术方案：步骤(3)中，SiH4气体流量为632sccm/min；NH3气体流量为5738sccm/min；气体总流量为6370sccm/min，多晶PECVD镀膜厚度为80nm。
其中，NH3和SiH4气体体积比为9：1；沉积时间为450s。
为进一步优化技术方案：步骤(1)和(2)压力均为1400mTorr；
步骤(3)压力为1500mTorr；
步骤(1)和(2)功率为均7400W，步骤(3)功率为7800W；温度均为470℃。
步骤(1)和(2)PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比为50：650；
步骤(3)射频脉冲开关比为55：650。
实施例3
一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，包括以下步骤：
(1)预沉积：采用PECVD镀膜设备，在一定的温度、压力和功率下，通入NH3气体，经沉积得镀膜A；
(2)沉积第一层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜A同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得镀膜B；
(3)沉积第二层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜B同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得多晶PECVD镀膜。
为进一步优化技术方案：步骤(1)中，NH3气体流量为5000sccm/min，沉积时间为20s，镀膜A厚度为5nm。
为进一步优化技术方案：步骤(2)中，SiH4气体流量为1000sccm/min；NH3气体流量为5000sccm/min；气体总流量为6000sccm/min，镀膜B厚度为20nm。
其中NH3和SiH4气体体积比为4.4：1；沉积时间为200s。
为进一步优化技术方案：步骤(3)中，SiH4气体流量为700sccm/min；NH3气体流量为7000sccm/min；气体总流量为7700sccm/min，多晶PECVD镀膜厚度为85nm。
其中，NH3和SiH4气体体积比为9：1；沉积时间为500s。
为进一步优化技术方案：步骤(1)和(2)压力均为1500mTorr；
步骤(3)压力为1800mTorr；
步骤(1)～(3)功率为均8000W；温度为均480℃。
步骤(1)和(2)PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比为50：650；
步骤(3)射频脉冲开关比为55：650。
对比实验：
对比例1(没有预沉积过程和参数变化)
采用常规多晶刻蚀后硅片，常规镀膜工艺：
多晶PECVD镀膜方法，包括以下步骤：
(1)沉积第一层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜A同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得镀膜B；
(2)沉积第二层SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜B同时通入SiH4和NH3气体，经沉积得多晶PECVD镀膜。
步骤(1)中，SiH4气体流量为1200sccm/min；NH3气体流量为5500sccm/min；气体总流量为6500sccm/min，其中NH3和SiH4气体体积比为4.5：1；沉积时间为90s。
步骤(2)中，SiH4气体流量为780sccm/min；NH3气体流量为7800sccm/min；气体总流量为8580sccm/min，其中，NH3和SiH4气体体积比为10：1；沉积时间为420s。
步骤(1)和(2)压力为1700mTorr；步骤(2)功率为6800W；温度为440℃。
步骤(1)、(2)PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比为50：500。
与实施例2实验结果比对如下表1～4所示：
表1
分组 实验数量 实验膜厚均值 膜厚标准差 片间均匀性
对比例1 111520 80.60 3.627 一般
实施例2 200326 79.73 2.688 非常好
表2
Figure BDA0002826649050000071
从表1和表2数据可以看出本发明实施例片间均匀性明显高。
进一步，分别将实施例2与对比例1批量做至丝网，测试电性能数据如表3所示；再分别将样品按测试颜色分选的类别，颜色依次变浅，命名为深1、深2、正3，正4，浅5，浅6；比对结果如下表4：
表3
Figure BDA0002826649050000081
表4
Figure BDA0002826649050000082
结果表明：
1、实施例2比对比例1有0.05％的提升，主要体现在电流提升30毫伏。
2、深1、深2、正3整体合计(主流颜色比例)由对比例1的85.86％上升为实施例2的92.74％，(主流)颜色比例有6.88％的提升，正4、浅5、浅6整体合计比例由对比例1的14.13％下降为实施例2的7.26％，浅色比例有6.87％的下降。成品电池片外观颜色浅色比例明显下降，大大降低了混色的风险。
最后，将实施例1～3制备的样品抽样经可靠性测试，PID96H、PID192H及PID288H功率衰减均小于1％，合格(部分样品检测数据见表5)。
表5
Figure BDA0002826649050000083
备注：Uoc、Isc为成品组件的开路电压和短路电流。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)预沉积：采用PECVD镀膜设备，在一定的温度、压力和功率下，通入NH3 气体，经沉积得镀膜A；
(2)沉积SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜A通入SiH4 和NH3 气体，经沉积得镀膜B；
(3)再次沉积SiNx膜：在一定的温度、压力和功率下，分别向镀膜B通入SiH4 和NH3 气体，经沉积得多晶PECVD镀膜；
步骤(1)中，所述NH3 气体流量为3000～5000sccm/min，所述沉积时间为10～20s，所述镀膜A厚度为1～5nm；
步骤(2)中，所述SiH4气体流量为800～1000sccm/min，所述NH3 气体流量为3000～5000sccm/min，气体总流量为3800-6000sccm/min，所述镀膜B厚度为5～20nm；其中NH3 和SiH4 气体体积比为4.4：1；所述沉积时间为100～200s；
步骤(3)中，所述SiH4 气体流量为300～700sccm/min，所述NH3 气体流量为3500～7000sccm/min，气体总流量为3800～7700sccm/min，所述多晶PECVD镀膜厚度为75～85nm；其中，NH3 和SiH4 气体体积比为9：1；沉积时间为400-500s；
步骤(1)～(3)所述功率均为5000～8000W，温度均为450～480℃。
2.如权利要求1所述的多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，其特征在于，步骤(1)和(2)所述压力均为1300～1500mTorr。
3.如权利要求2所述的多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，其特征在于，步骤(3)所述压力为1500～1800mTorr。
4.如权利要求1～3任一所述的多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，其特征在于，步骤(1)和(2)所述PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比均为50：650。
5.如权利要求1～3任一所述的多晶PECVD镀膜均匀性优化的方法，其特征在于，步骤(3)所述PECVD镀膜设备的射频脉冲开关比为55：650。
6.权利要求1～5任一所述方法制备得到的多晶PECVD镀膜材料。
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