CN113782639A - 一种降低晶硅太阳能电池el绕镀脏污的pecvd工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，涉及硅太阳能电池制造领域，包括S1：装片、进舟；S2：一次升温通气；S3：抽真空；S4：检漏；S5：二次恒温通气；S6：恒压通气；S7：多层工艺沉积；S8：抽真空；S9：回压；S10：出舟；S11：卸载硅片，利用自动化将工艺后的硅片从石墨舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序，本发明通过在PECVD工艺过程中减少污染源及提高氮化硅的钝化效果来抵消氧化铝绕镀引起的EL脏污问题。
Description
技术领域
本发明涉及硅太阳能电池制造领域，主要涉及一种可以降低EL绕镀脏污的PECVD工艺。
背景技术
目前晶硅太阳能PERC电池制造工序主要有制绒、扩散、SE、刻蚀、退火、背钝化、PECVD、丝网印刷+烧结，其中背钝化介质膜氧化铝很多采用ALD工艺来完成。最开始ALD的工艺过程是通过水工艺来完成的，为了提高效率、产量及降低组件功率衰减，改用臭氧工艺代替水工艺生成单面氧化铝来完成背钝化的过程，单面氧化铝带来的弊端就是存在正面绕镀，经正面PECVD及印刷烧结后，EL容易出现绕镀脏污，影响产线良率。降低此类脏污的比例，能够提高产线的整体良率，提高企业自身产品在行业内的整体竞争力。
此发明是以选择性发射极背面钝化高效电池的制造工艺流程为技术背景进行，对其制造工艺过程中的正面PECVD工艺进行研究。PECVD工艺是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下利用辉光放电(或另加发热体)使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体(硅烷、氨气)，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜(氮化硅)，该薄膜能够修复硅片表面晶格缺陷填充悬挂键，对硅片表面有很好的钝化效果，改善EL不良缺陷，提高产线的良率。
经过调查发现目前大多数电池制造商解决ALD单面氧化铝绕镀问题都是通过调整ALD工序本身来完成(由于绕镀问题不可避免，最终效果都不明显)，没有对正面PECVD工序工艺进行优化，通过在PECVD工艺过程中减少污染源及提高氮化硅的钝化效果来抵消氧化铝绕镀引起的EL脏污问题，本发明提出一种新的正面PECVD工艺，来改善EL绕镀脏污。
发明内容
本发明的目的是解决现有的正面PECVD工艺存在的EL绕镀脏污问题，提供一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，改善EL绕镀脏污效果明显。
为了实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：
一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，包括以下步骤：
S1：装片、进舟，先通过自动化设备将背镀膜后的硅片装入正镀膜工序石墨舟内，然后打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石墨舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门；
S2：一次升温通气，炉管有加热控温系统，首先将工艺炉管内自动升温至工艺设置温度480-530℃，反应需要在恒定的温度条件下进行，时间300-500s，使反应腔体内温度达到并恒定在设置温在度480-530℃，同时通入5000-10000sccm的氮气，带走腔体内的空气及湿气，防止空气或湿气污染硅片，导致绕镀脏污的出现；
S3：抽真空，对S2步骤处理后的工艺炉管进行抽真空，达到薄膜沉积反应所需要的真空条件，设置温度在480-530℃，步骤时长200-300s；
S4：检漏，反应需要在真空条件下完成，检测反应腔体的密封性，符合工艺所需的漏率，防止空气进入；
S5：二次恒温通气，向S4步骤处理后的工艺炉管内通入5000-10000sccm氨气，均衡腔体内温度的同时缓慢分解出氢气，吸附在硅片表面，在后续放电过程中形成含有较多H+的离子团，提高硅片表面的钝化效果，降低绕镀脏污的出现；设置温度在480-530℃，步骤时长100-200s；
S6：恒压通气，沉积薄膜之前，向S5步骤处理后的工艺炉管的反应腔室预通入一定量的工艺气体硅烷、氨气，使炉管提前达到工艺所需压力氛围，本恒压条件设置为温度在480-530℃；
S7：多层工艺沉积，第一次通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第一层氮化硅薄膜；然后第二次通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第二层氮化硅薄膜；最后第三次通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第三层氮化硅薄膜；
S8：抽真空，多层工艺沉积结束后，将未反应的气体及一些生成物通过真空泵抽出腔体，保证无任何硅烷、氨气残留在腔体内，抽真空条件设置为：温度在480-530℃，步骤时长40-60s；
S9：回压，向反应腔体内充入氮气，使压力回到常压下，为开炉门做好准备，回压条件设置为：温度在480-530℃、氮气流量10000-30000sccm、步骤时长50-80s；
S10：出舟，打开炉门，自动化将装满已工艺结束的硅片的石墨舟从炉管内输送出来，关闭炉门，出舟速度在3500cm/min，步骤时长80-100s；
S11：卸载硅片，利用自动化将上述S8制成的硅片从石墨舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
优选的，所述步骤S1中进舟速度设置3500cm/min，S1步骤时长80-100s。
优选的，所述第一次工艺沉积的参数设置为：温度设置在480-530℃、硅烷流量1500-2000sccm、氨气流量6000-10000sccm、射频电源功率15-18Kw、射频电源打开时间4-8ms、关闭时间50-100ms、步骤时长200-300s。
优选的，所述第二次工艺沉积的参数设置为：温度设置在480-530℃、硅烷流量1000-1500sccm、氨气流量9000-13000sccm、射频电源功率17-20Kw、射频电源打开时间4-8ms、关闭时间50-100ms、步骤时长100-200s。
优选的，所述第三次工艺沉积的参数设置为：温度设置在480-530℃、硅烷流量700-1200sccm、氨气流量9000-13000sccm、射频电源功率17-20Kw、射频电源打开时间4-8ms、关闭时间50-100ms、步骤时长450-550s。
优选的，所述步骤S4过程中，设置温度在480-530℃，步骤S4时间10-30s。
优选的，所述步骤S5过程中，设置炉口温度530℃，炉尾温度480℃，氨气流量为6000sccm，步骤S5时间150s。
优选的，所述步骤S6通气过程中硅烷流量为1500-2000sccm、氨气流量为6000-10000sccm，步骤S6时长10-30s。
本发明的有益效果是：本发明中一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，无需设备投入，仅需在原有工艺进行一定修改，增加了恒温步氮气吹扫，降低工艺温度，同时提高了底层膜的折射率及厚度，从改善钝化效果及减少污染两方面入手消除了ALD单面氧化铝绕镀产生的反向效果，从而降低了EL绕镀脏污的产生。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的工艺流程图；
图2为旧工艺制得的成品；
图3为本工艺制得的成品；
具体实施方式
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1：
一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，实验组包括以下步骤：
步骤1：装片自动化将背镀膜后的硅片装入正镀膜工序石墨舟内；
步骤2：进舟打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石墨舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门。进舟速度3500cm/min，步骤时长80s。
步骤3：恒温炉管有加热控温系统，会自动升温至工艺设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，反应需要在恒定的温度条件下进行，时间400s，使反应腔体内温度达到并恒定在设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，同时通入5000sccm的氮气，带走腔体内的空气及湿气，防止空气或湿气污染硅片，导致绕镀脏污的出现。
步骤4：抽真空炉管进行抽真空，达到薄膜沉积反应所需要的真空条件，设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，步骤时长240s。
步骤5：检漏反应需要在真空条件下完成，检测反应腔体的密封性，符合工艺所需的漏率，防止空气进入。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，步骤时长30s。
步骤6：恒温通入6000sccm氨气，均衡腔体内温度的同时，缓慢分解出氢气，吸附在硅片表面，在后续放电过程中形成含有较多H+的离子团，从而提高硅片表面的钝化效果，降低绕镀脏污的出现。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，步骤时长150s。
步骤7：恒压沉积薄膜之前，预通入一定量的工艺气体硅烷、氨气，使炉管提前达到工艺所需压力氛围，防止在工艺步突然通入气体，造成放电电流波动出现高频异常现象。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，硅烷流量1850sccm，氨气流量8400sccm，步骤时长30s。
步骤8：工艺沉积1通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第一层氮化硅薄膜。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，硅烷流量1850sccm，氨气流量8400sccm，射频电源功率16.5Kw，射频电源打开时间5ms，关闭时间85ms，步骤时长300s。
步骤9：工艺沉积2通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第二层氮化硅薄膜。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，硅烷流量1200sccm，氨气流量12000sccm，射频电源功率18Kw，射频电源打开时间5ms，关闭时间55ms，步骤时长150s。
步骤10：工艺沉积3通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第三层氮化硅薄膜。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，硅烷流量1000sccm，氨气流量12000sccm，射频电源功率18Kw，射频电源打开时间5ms，关闭时间55ms，步骤时长480s。
步骤11：抽真空反应结束后，将未反应的气体及一些生成物通过真空泵抽出腔体，保证无任何硅烷、氨气残留在腔体内。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，步骤时长50s。
步骤12：回压腔体内充入氮气，使压力回到常压下，为开炉门做好准备。设置温度：炉口530℃，炉尾480℃，氮气流量：20000sccm，步骤时长50s。
步骤13：出舟打开炉门，自动化将装满已工艺结束的硅片的石墨舟从炉管内输送出来，关闭炉门。出舟速度在3500cm/min，步骤时长80s。
步骤14：卸载硅片利用自动化将已工艺的硅片从石墨舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
实施例2：一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，对比组包括以下步骤：
步骤1：装片自动化将背镀膜后的硅片装入正镀膜工序石墨舟内；
步骤2：进舟打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石墨舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门。进舟速度3500cm/min，步骤时长80s。
步骤3：恒温反应需要在恒定的温度条件下进行，时间350s，使反应腔体内温度恒定在设置温度：炉口560℃，炉尾500℃。
步骤4：抽真空炉管进行抽真空，达到薄膜沉积反应所需要的真空条件，同时炉管有加热控温系统，会自动升温至工艺设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，步骤时长300s。
步骤5：检漏反应需要在真空条件下完成，检测反应腔体的密封性，符合工艺所需的漏率，防止空气进入。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，步骤时长30s。
步骤6：恒压沉积薄膜之前，预通入一定量的工艺气体硅烷、氨气，使炉管提前达到工艺所需压力氛围，防止在工艺步突然通入气体，造成放电电流波动出现高频异常现象。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，硅烷流量1300sccm，氨气流量6600sccm，步骤时长30s。
步骤7：工艺沉积1通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第一层氮化硅薄膜。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，硅烷流量1300sccm，氨气流量6600sccm，射频电源功率16.5Kw，射频电源打开时间5ms，关闭时间85ms，步骤时长220s。
步骤8：工艺沉积2通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第二层氮化硅薄膜。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，硅烷流量1200sccm，氨气流量12000sccm，射频电源功率18Kw，射频电源打开时间5ms，关闭时间55ms，步骤时长150s。
步骤9：工艺沉积3通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第三层氮化硅薄膜。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，硅烷流量1000sccm，氨气流量12000sccm，射频电源功率18Kw，射频电源打开时间5ms，关闭时间55ms，步骤时长550s。
步骤9：抽真空反应结束后，将未反应的气体及一些生成物通过真空泵抽出腔体，保证无任何硅烷、氨气残留在腔体内。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，步骤时长50s。
步骤10：回压腔体内充入氮气，使压力回到常压下，为开炉门做好准备。设置温度：炉口560℃，炉尾500℃，氮气流量：20000sccm，步骤时长30s。
步骤11：出舟打开炉门，自动化将装满已工艺结束的硅片的石墨舟从炉管内输送出来，关闭炉门。出舟速度在3500cm/min，，步骤时长80s。
步骤12：卸载硅片利用自动化将已工艺的硅片从石墨舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
关于该“一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺”的测试实验：
实验对象：待进行正面PECVD工艺的硅片。
实验内容：1、机台保养复机后首舟硅片用实验工艺与常规工艺及进行对比2、进舟卡桨当舟硅片用实验工艺与常规工艺及进行对比
实验组：采用实施例1降低绕镀脏污PECVD新工艺；
对照组：采用实施例2的常规工艺作为对比组。
实验内容1：
数据分析：使用本发明的工艺转换效率(Eta)不低于对比组，绕镀脏污降低29.24％，具体数据见下表1：
实验内容2：
数据分析：使用本发明的工艺转换效率(Eta)不低于对比组，绕镀脏污降低27.29％；具体数据见下表2：
实验推广：从实验结果看，该工艺方案效率不低于产线工艺，实验内容1绕镀脏污下降29.24％，实验内容2绕镀脏污下降27.29％。因此该工艺方案积具推广意义。
Claims (8)
1.一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：装片、进舟，先通过自动化设备将背镀膜后的硅片装入正镀膜工序石墨舟内，然后打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石墨舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门；
S2：一次升温通气，炉管有加热控温系统，首先将工艺炉管内自动升温至工艺设置温度480-530℃，反应需要在恒定的温度条件下进行，时间300-500s，使反应腔体内温度达到并恒定在设置温在度480-530℃，同时通入5000-10000sccm的氮气，带走腔体内的空气及湿气，防止空气或湿气污染硅片，导致绕镀脏污的出现；
S3：抽真空，对S2步骤处理后的工艺炉管进行抽真空，达到薄膜沉积反应所需要的真空条件，设置温度在480-530℃，步骤时长200-300s；
S4：检漏，反应需要在真空条件下完成，检测反应腔体的密封性，符合工艺所需的漏率，防止空气进入；
S5：二次恒温通气，向S4步骤处理后的工艺炉管内通入5000-10000sccm氨气，均衡腔体内温度的同时缓慢分解出氢气，吸附在硅片表面，在后续放电过程中形成含有较多H+的离子团，提高硅片表面的钝化效果，降低绕镀脏污的出现，设置温度在480-530℃，步骤时长100-200s；
S6：恒压通气，沉积薄膜之前，向S5步骤处理后的工艺炉管的反应腔室预通入一定量的工艺气体硅烷、氨气，使炉管提前达到工艺所需压力氛围，本恒压条件设置为温度在480-530℃；
S7：多层工艺沉积，第一次通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第一层氮化硅薄膜；然后第二次通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第二层氮化硅薄膜；最后第三次通入工艺气体硅烷、氨气，设置射频电源开关时间比例进行放电，在硅片表面沉积生成第三层氮化硅薄膜；
S8：抽真空，多层工艺沉积结束后，将未反应的气体及一些生成物通过真空泵抽出腔体，保证无任何硅烷、氨气残留在腔体内，抽真空条件设置为：温度在480-530℃，步骤时长40-60s；
S9：回压，向反应腔体内充入氮气，使压力回到常压下，为开炉门做好准备，回压条件设置为：温度在480-530℃、氮气流量10000-30000sccm、步骤时长50-80s；
S10：出舟，打开炉门，自动化将装满已工艺结束的硅片的石墨舟从炉管内输送出来，关闭炉门，出舟速度在3500cm/min，步骤时长80-100s；
S11：卸载硅片，利用自动化将工艺后的硅片从石墨舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
2.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述步骤S1中进舟速度设置3500cm/min，步骤时长80-100s。
3.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述第一次工艺沉积的参数设置为：温度设置在480-530℃、硅烷流量1500-2000sccm、氨气流量6000-10000sccm、射频电源功率15-18Kw、射频电源打开时间4-8ms、关闭时间50-100ms、步骤时长200-300s。
4.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述第二次工艺沉积的参数设置为：温度设置在480-530℃、硅烷流量1000-1500sccm、氨气流量9000-13000sccm、射频电源功率17-20Kw、射频电源打开时间4-8ms、关闭时间50-100ms、步骤时长100-200s。
5.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述第三次工艺沉积的参数设置为：温度设置在480-530℃、硅烷流量700-1200sccm、氨气流量9000-13000sccm、射频电源功率17-20Kw、射频电源打开时间4-8ms、关闭时间50-100ms、步骤时长450-550s。
6.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述步骤S4过程中，设置温度在480-530℃，步骤S4时间10-30s。
7.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述步骤S5过程中，设置炉口温度530℃，炉尾温度480℃，氨气流量为6000sccm，步骤S5时间100-200s。
8.根据权利要求1所述的一种降低晶硅太阳能电池EL绕镀脏污的PECVD工艺，其特征在于，所述步骤S6通气过程中硅烷流量为1500-2000sccm、氨气流量为6000-10000sccm，步骤S6时长10-30s。
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