CN114921771A - 一种改善晶硅氧化铝绕镀的pecvd工艺 - Google Patents

一种改善晶硅氧化铝绕镀的pecvd工艺 Download PDF

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Abstract

提供一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，硅片进炉管后迅速抽真空、检漏，在硅片正面镀上一层薄的氮化硅，从而将正面绕镀的氧化铝快速保护起来，以改善绕镀在正面的氧化铝在炉管中被污染的情况；同时由于只做了一层较薄的氮化硅层，也避免了初期升温时间不够淀积氮化硅出现四周边缘色差的问题。

Description

一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺
技术领域
本发明属于硅太阳能电池制造工艺技术领域，具体涉及一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺。
背景技术
目前太阳能电池行业普遍生产的是PERC太阳能电池。PERC太阳能电池需要在硅片的背光面镀上氧化铝膜和氮化硅膜，在硅片的正面只镀一层氮化硅膜，以对硅表面进行钝化。
目前制作氮化硅薄膜采用的是管式PECVD机台，制作氧化铝使用采用的是ALD（原子层沉积）设备。单面ALD设备因产能较双面ALD设备增加一倍，市场占有率较高，但制备的氧化铝会在正面存在明显的绕镀，即硅片在背面进行氧化铝沉积的时候，正面四周也会生长一层氧化铝膜。由于氧化铝具有吸附性，绕镀在正面的氧化铝在镀正面氮化硅期间可能会出现被污染的情况。
目前淀积氮化硅多数是炉管温度控制在500度左右进行淀积，淀积时间为900S左右。如果升温时间不够或者温度没达到的情况下，淀积几百秒后，会出现四周边缘颜色要明显比中间区域颜色浅的情况，造成外观严重色差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，硅片进炉管后迅速抽真空、检漏，在硅片正面镀上一层薄的氮化硅，从而将正面绕镀的氧化铝快速保护起来，以改善绕镀在正面的氧化铝在炉管中被污染的情况；同时由于只做了一层较薄的氮化硅层，也避免了初期升温时间不够淀积氮化硅出现四周边缘色差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，将停机超过2天的PECVD机台直接升温进行复机生产，将装满硅片的石墨舟送入固定炉管，包括以下步骤：
（1）开机，充氮，使炉管达到常压，满足炉门打开的条件；开炉门，将装满硅片的石墨舟输送到炉管内，关炉门；
（2）慢抽，前期慢速抽防止抽空过快损伤硅片；
（3）主抽，当慢抽使炉管达到一定压力使硅片适应负压环境后，打开主抽使炉管内部达到指定的低压状态；
（4）检漏1，检测炉管密封性，是否有泄漏；
（5）恒压1，通入硅烷和氨气，保持一段时间，保证淀积开始时压力保持在要求范围；
（6）淀积1，使硅片镀一层薄的氮化硅膜；
（7）恒温，按设定温度进行控温，升温一段时间后使其达到符合需求的工艺温度；
（8）抽空，完成氮化硅膜的镀膜工艺后，将炉管抽空；
（9）检漏2，检测炉管密封性，是否有泄漏；
（10）恒压2，通入硅烷和氨气，保持一段时间，保证淀积开始时压力保持在要求范围；
（11）淀积2，镀常规工艺底层膜；
（12）恒压3，通入硅烷和氨气，保持一段时间，保证淀积开始时压力保持在要求范围；
（13）淀积3，镀常规工艺中层膜；
（14）淀积4，镀常规工艺顶层膜；
（15）抽空，抽走炉管里残留的硅烷和氨气；
（16）吹扫，使用高压气流进一步清理炉管里残留的硅烷和氨气；
（17）充氮，使炉管达到常压，达到炉门打开的条件；
（18）开炉门，取舟，结束。
将步骤中慢抽的时间设定为90S，主抽的时间设定为200S，检漏1的时间设置为30S，恒压1的时间设置为20S，淀积1的时间设置为60S，淀积1步骤之前不开辅助加热功能。
将步骤中恒温的时间设定为185S，抽空的时间设置为90S，检漏2设置为30S，到恒温这个步骤时打开辅助加热，辅助加热的功率输出设置为60；后续的步骤中除了淀积2时间减去50S以外，其他的步骤参数和现有的正常工艺参数相同；
淀积步骤中硅烷流量设置为2200sccm，氨气流量设置为6600sccm，压力设置为220pa，射频功率设置为16500W，脉冲比设置为5/90。
所述的硅片为P型单晶硅片。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
无需新的设备投入，仅需在原有管式PECVD机台上对放置较久的炉管或机台运行此工艺；现有的工艺是硅片进炉管后，需要先提前抽到真空状态再加热到足够合适的温度，才进行淀积氮化硅；新工艺（本发明）是在硅片进炉管后，在最短的时间内进行抽空检漏，然后淀积一层薄的氮化硅膜对正面的氧化铝进行覆盖和保护，再继续升温完成剩余的工艺步骤；
ALD机台双插片的方式不可避免的产生绕镀，因正常PECVD机台淀积氮化硅是需要在抽空后升温一段时间达到一定温度才开始膜层的沉积，采用现有的工艺在排查EL绕度脏污不良过程中发现，更换辅助加热套管、主抽阀等硬件对此类不良有改善，进检查发现是硅片及绕度在硅片正面的氧化铝膜在炉管中被污染，特别是在升温过程中炉管内污染会加剧，解决办法是用最短的时间抽空、检漏淀积一薄层氮化硅，对硅片表面及绕度的氧化铝进行保护，再进行升温、进行氮化硅膜的沉积，这种新工艺可以有效的避免绕镀污染的情况发生；
硅片进炉管后迅速抽真空、检漏，在硅片正面镀上一层薄的氮化硅，从而将正面绕镀的氧化铝快速保护起来，以改善绕镀在正面的氧化铝在炉管中被污染的情况；同时由于只做了一层较薄的氮化硅层，也避免了初期升温时间不够淀积氮化硅出现四周边缘色差的问题；可以避免电池片出现氧化铝绕镀位置的脏污，对于停机过久的机台也可以明显改善此类脏污。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
PERC电池中正常生产是先镀氧化铝膜，然后镀反面和正面两个面的氮化硅膜。氧化铝具有较强的吸附性，容易被污染从而造成EL发黑的问题。
实施例：采用本发明新工艺
步骤1：使用停机超过2天的PECVD机台的炉管直接升温进行复机生产。
步骤2：石墨舟装满片子后，将石墨舟通过自动化设备搬运至炉管，对炉管加载本发明工艺并运行该工艺。
步骤3：一种改善正面绕镀氧化铝被污染的PECVD工艺，工艺步骤为：开始、充氮、开炉门、放舟、关炉门、慢抽、主抽、检漏1、恒压1、淀积1、恒温、抽空、检漏2、恒压2、淀积2、恒压3、淀积3、淀积4、抽空、吹扫、充氮、开炉门、取舟、结束；
步骤4：将步骤中慢抽的时间设定为90S，主抽的时间设定为200S，检漏1的时间设置为30S，恒压1的时间设置为20S，淀积1的时间设置为60S，淀积1步骤之前不开辅助加热功能。
步骤:5：将步骤中恒温的时间设定为185S，抽空的时间设置为90S，检漏2设置为30S，到恒温这个步骤时打开辅助加热，辅助加热的功率输出设置为60；后续的步骤中除了淀积2时间减去50S以外，其他的步骤参数和现有的正常工艺参数相同。
步骤:6：淀积步骤硅烷流量设置为2200sccm，氨气流量设置为6600sccm，压力设置为230pa，射频功率设置为16500W，脉冲比设置为5/90。淀积1步骤硅烷流量设置为1300sccm，氨气流量设置为6600sccm，压力设置为230pa，射频功率设置为16500W，脉冲比设置为5/90。淀积2步骤设置硅烷流量设置为1200sccm，氨气流量设置为12000sccm，压力设置为240pa，射频功率设置为18000W，脉冲比设置为5/55。淀积3步骤设置硅烷流量设置为1000sccm，氨气流量设置为12000sccm，压力设置为240pa，射频功率设置为18000W，脉冲比设置为5/55。
步骤7：将运行过洗舟工艺后的石墨舟从炉管中取出后，按正常工艺流程装载硅片。
对比例：采用现有工艺
步骤1：使用停机超过2天的PECVD机台且已经运行过一次发明工艺的炉管。
步骤2：石墨舟装满片子后，将石墨舟通过自动化设备搬运至炉管，对炉管加载本发明工艺并运行该工艺。
步骤3：产线现有工艺，工艺步骤为：开始、充氮、开炉门、放舟、关炉门、慢抽、恒温、主抽、检漏、抽空、恒压、淀积、恒压1、淀积1、淀积2、抽空、吹扫、充氮、开炉门、取舟、结束；
步骤4：将慢抽、恒温和主抽的时间设定为180S、240S、320S，检漏步骤时间设置为30S，抽空步骤时间设置为90S，抽空步骤期间打开辅助加热，功率输出设置为60。
步骤:5：恒压步骤时间设置为30S，淀积1步骤时间设置为300S，恒压1步骤时间设置为10S，淀积1步骤时间设置为158S，淀积2步骤时间设置为600S，抽空步骤时间设置为40S，吹扫步骤时间设置为30S，充氮步骤时间为40S。
步骤:6：淀积步骤时硅烷流量设置为1300sccm，氨气流量设置为6600sccm，压力设置为230pa，射频功率设置为16500W，脉冲比设置为5/90。淀积1步骤时设置硅烷流量设置为1200sccm，氨气流量设置为12000sccm，压力设置为240pa，射频功率设置为18000W，脉冲比设置为5/55。淀积2步骤时设置硅烷流量设置为1000sccm，氨气流量设置为12000sccm，压力设置为240pa，射频功率设置为18000W，脉冲比设置为5/55。
步骤7：将运行过洗舟工艺后的石墨舟从炉管中取出后，按正常工艺流程装载硅片。
关于新工艺和现有工艺的产品测试实验。
实验对象：放置两天以上未生产的炉管。
对照实验：使用同一炉管和同一石墨舟，分别运行两次发明工艺和一次产线工艺共三组片子进行验证，完成后取片到丝网同一台机进行印刷以及EL测试。
实验方法：
实验组：采用实施例运行2组运行本发明的新工艺；
对照组：采用对比例运行1组运行现有工艺。
EL测试实验结果如表一所示：
表一
Figure 263409DEST_PATH_IMAGE001
EL实验数据分析：
鉴于放置时间较长炉管复机生产后EL脏污降级比例较高，本实验安排复机后的炉管首先使用本发明工艺生产一舟，再使用产线工艺生产一舟，然后使用本发明工艺再生产一舟，实验数据如上表表示数据显示，使用产线工艺脏污占比为48%，而在此前后分别使用本发明工艺，脏污占比均为0%。
如表二所示，机台可做到300秒内完成抽空检漏步骤，进行单层薄氮化硅的淀积，若把抽空检漏时长延长至600秒，出现了1%比例的脏污，进而说明进舟到淀积氮化硅膜过程的时间越长，越容易存在污染的风险。
表二
管号 跟踪数量 脏污数量 占比 备注
2 500 0 0.00% 设定300S抽空检漏
2 500 5 1.00% 设定600S抽空检漏
成品电池的性能实验数据分析：
如表三所示，使用本发明工艺的电池片电性能方面对比产线工艺，电池片光电转换效率（Eta）偏高0.56%-0.58%，FF（填充因子）提升明显，增加0.068%-0.094%，因此本发明工艺不但解决了EL绕度脏污问题，并且具备明显提升电池片光电转换效率的优势。
表三
序号 comment 数量 Eta Uoc Isc Rser Rsh FF IRev2
① 本发明工艺 483 23.498 0.6894 13.791 0.00137 1115 81.60 0.043
产线工艺 585 23.443 0.6881 13.797 0.00138 1089 81.53 0.050
差值 0.056 0.001 -0.006 0.00001 26 0.07 -0.007
② 本发明工艺 495 23.369 0.6904 13.712 0.00141 1055 81.49 0.056
正常工艺 488 23.310 0.6895 13.712 0.00141 1013 81.40 0.056
差值 0.058 0.001 0.000 0.00000 43 0.09 0.001
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，将停机超过2天的PECVD机台直接升温进行复机生产，将装满硅片的石墨舟送入固定炉管，其特征在于：包括以下步骤：
（1）开机，充氮，使炉管达到常压，满足炉门打开的条件；开炉门，将装满硅片的石墨舟输送到炉管内，关炉门；
（2）慢抽，前期慢速抽防止抽空过快损伤硅片；
（3）主抽，当慢抽使炉管达到一定压力使硅片适应负压环境后，打开主抽使炉管内部达到指定的低压状态；
（4）检漏1，检测炉管密封性，是否有泄漏；
（5）恒压1，通入硅烷和氨气，保持一段时间，保证淀积开始时压力保持在要求范围；
（6）淀积1，使硅片镀一层薄的氮化硅膜；
（7）恒温，按设定温度进行控温，升温一段时间后使其达到符合需求的工艺温度；
（8）抽空，完成氮化硅膜的镀膜工艺后，将炉管抽空；
（9）检漏2，检测炉管密封性，是否有泄漏；
（10）恒压2，通入硅烷和氨气，保持一段时间，保证淀积开始时压力保持在要求范围；
（11）淀积2，镀常规工艺底层膜；
（12）恒压3，通入硅烷和氨气，保持一段时间，保证淀积开始时压力保持在要求范围；
（13）淀积3，镀常规工艺中层膜；
（14）淀积4，镀常规工艺顶层膜；
（15）抽空，抽走炉管里残留的硅烷和氨气；
（16）吹扫，使用高压气流进一步清理炉管里残留的硅烷和氨气；
（17）充氮，使炉管达到常压，达到炉门打开的条件；
（18）开炉门，取舟，结束。
2.根据权利要求1所述的一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，其特征在于：将步骤中慢抽的时间设定为90S，主抽的时间设定为200S，检漏1的时间设置为30S，恒压1的时间设置为20S，淀积1的时间设置为60S，淀积1步骤之前不开辅助加热功能。
3.根据权利要求1所述的一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，其特征在于：将步骤中恒温的时间设定为185S，抽空的时间设置为90S，检漏2设置为30S，到恒温这个步骤时打开辅助加热，辅助加热的功率输出设置为60；后续的步骤中除了淀积2时间减去50S以外，其他的步骤参数和现有的正常工艺参数相同。
4.根据权利要求1所述的一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，其特征在于：淀积步骤中硅烷流量设置为2200sccm，氨气流量设置为6600sccm，压力设置为220pa，射频功率设置为16500W，脉冲比设置为5/90。
5.根据权利要求1所述的一种改善晶硅氧化铝绕镀的PECVD工艺，其特征在于：所述的硅片为P型单晶硅片。
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