CN117328039A - 一种管式ald镀膜方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管式ALD镀膜方法及其系统,属于TOPCon电池及管式ALD镀膜技术领域。包括对装载有N型硅片的炉管进行抽真空处理和预热处理;在第一恒压下,将第一前驱体通入所述炉管中;在第二恒压下,将第二前驱体通入所述炉管中,得到一层原子层薄膜。进行ALD镀膜过程中,在第一恒压的条件下通入第一前驱体进行反应、以及在第二恒压的条件下通入第二前驱体进行反应,以保证第一前驱体和第二前驱体能够在N型硅片上均匀吸附,从而确保N型硅片上镀膜的均匀性,保证了电池片的钝化性能,提高光伏电池的工作效率和合格率。

Description

一种管式ALD镀膜方法及其系统
技术领域
本发明涉及TOPCon电池及管式ALD镀膜技术领域,尤其涉及一种管式ALD镀膜方法及其系统。
背景技术
ALD(atomic layer deposition)——原子层沉积技术,是一种基于有序、表面自限制性反应的化学气相沉积薄膜的方法,通过将气相前驱体交替脉冲通入反应室并在沉积基体表面发生气固相化学吸附反应形成薄膜的一种方法。
随着光伏太阳能行业的发展,光伏电池从PREC电池正飞速向TOPCon电池过渡,其原因在于TOPCon电池工作效率高,而且TOPCon电池相比于PERC电池,具有双面率高、衰减低、温度系数低、弱光效应好等优势。
TOPCon电池膜层结构中,氧化铝作为一种非常重要的钝化膜而存在,对于提升电池片的工作效率具有明显的作用,管式ALD设备是生成氧化铝最主要的设备,随着TOPCon电池技术的持续发展,对于管式ALD设备的单管产能要求也越来越高,管式ALD设备中的承载舟从最开始的总共四工位发展到现在的总共十工位,同时单工位载片数从100片增加到300片。
传统的管式ALD设备是将反应气体直接大量的导入反应腔室中,使得衬底或上一原子层沉浸在反应气体中,在反应气体大量导入的过程中,尾排处的真空泵持续100%全开工作,以排出多余的反应气体,而这样的连续过程,容易造成承载舟最后的一至两个工位上反应气体与衬底或上一原子层接触不均匀,从而导致最终生成的原子层薄膜偏薄或者不均匀,质量较差,影响TOPCon电池片的工作效率与合格率。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种能够在N型硅片上均匀镀膜的管式ALD镀膜方法及其系统。本发明的技术方案如下:
本发明提供了一种管式ALD镀膜方法,包括S1,对装载有N型硅片的炉管进行抽真空处理和预热处理;S2,在第一恒压下,将第一前驱体通入所述炉管中;S3,在第二恒压下,将第二前驱体通入所述炉管中,得到一层原子层薄膜。
可选地,所述抽真空处理包括将所述炉管内的压强抽至5Pa;和/或,所述预热处理包括预热温度为150-300℃,预热时间为10-30min。
可选地,所述S1包括将清洗后的所述N型硅片放置在承载舟上,将所述承载舟放入所述炉管内,对所述炉管进行抽真空处理和预热处理。
可选地,在所述S1之后和在所述S2之前,还包括对所述炉管进行检漏,检测所述炉管内部漏气情况。
可选地,所述第一恒压为0.3-2mbar,所述第二恒压为0.3-2mbar。
可选地,所述S2包括在第一恒压的条件下,对所述炉管内通入所述第一前驱体进行脉冲吸附反应,所述第一前驱体通过惰性气体从所述炉管的炉口方向携带铝源注入所述炉管内,所述第一前驱体在N型硅片均匀吸附。
可选地,所述S3包括在第二恒压的条件下,对所述炉管内所述N型硅片通入第二前驱体进行脉冲吸附反应,所述第二前驱体通过惰性气体从所述炉管的炉口方向携带氧源注入所述炉管内,所述第二前驱体在N型硅片均匀吸附,得到一层原子层薄膜。
可选地,在所述S2之后和在所述S3之前,还包括在第一恒压下,对通入第一前驱体进行脉冲吸附反应后的所述N型硅片通入惰性气体进行第一次气体吹扫过程,将多余的反应气体及副产物带出所述炉管内;和/或,所述S3之后还包括:对通入第二前驱体进行脉冲吸附反应后的所述N型硅片通入惰性气体进行第二次气体吹扫过程,将多余的反应气体及副产物带出所述炉管内。
可选地,所述S2和所述S3反复进行多次,在所述N型硅片上得到预设厚度的原子层薄膜。
本发明还提供了一种管式ALD镀膜系统,包括炉管、控压组件、排气组件和加热组件;所述排气组件和所述加热组件分别用于对所述炉管内部的N型硅片进行抽真空处理和预热处理;所述控压组件用于在第一前驱体通入所述炉管中时,使所述炉管内保持第一恒压,以及用于在第二前驱体通入所述炉管中时,使所述炉管内保持第二恒压。
上述所有可选地技术方案均可任意组合,本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。
借由上述方案,本发明的有益效果如下:
进行ALD镀膜过程中,在第一恒压的条件下通入第一前驱体进行反应、以及在第二恒压的条件下通入第二前驱体进行反应,以保证第一前驱体和第二前驱体能够在N型硅片上均匀吸附,从而确保N型硅片上镀膜的均匀性,保证了电池片的钝化性能,提高光伏电池的工作效率和合格率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为现有技术中ALD机台尾排结构示意图;
图3为本发明中承载舟的规格及取片位置图;
图4为TOPCon电池膜层结构图。
附图标号说明:
1、炉管;2、控压组件;3、排气组件;4、开关组件;5、过滤组件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1至图4所示,本发明提供的一种管式ALD镀膜方法,包括S1,对装载有N型硅片的炉管1进行抽真空处理和预热处理;S2,在第一恒压下,将第一前驱体通入所述炉管1中;S3,在第二恒压下,将第二前驱体通入所述炉管1中,得到一层原子层。
进行ALD镀膜过程中,在第一恒压的条件下通入第一前驱体进行反应、以及在第二恒压的条件下通入第二前驱体进行反应,以保证第一前驱体和第二前驱体能够在N型硅片上均匀吸附,从而确保N型硅片上镀膜的均匀性,保证了电池片的钝化性能,提高光伏电池的工作效率和合格率。
可选地,所述抽真空处理包括将所述炉管1内的压强抽至5Pa;和/或,所述预热处理包括预热温度为150-300℃,预热时间为10-30min。
具体地实施方式中,在对炉管1内进行抽真空处理时,并对炉管1进行检漏,若漏率正常,则证明炉管1内无漏气情况,可正常进行运作,若检漏失败,则证明炉管1内存在漏气情况,应当及时排查漏点并进行维修。
可选地,所述S1包括将清洗后的所述N型硅片放置在承载舟上,将所述承载舟放入所述炉管1内,对所述炉管1进行抽真空处理和预热处理。
具体地实施方式中,将RCA清洗后的N型硅片通过机械手装进承载舟中,通过桨杆将承载舟送入炉管1内,桨杆退出后炉管1关闭,开始进行抽真空处理和预热处理。
进一步地,本发明中承载舟的材质不锈钢及铝合金,本发明中桨杆的材质为不锈钢。
可选地,在所述S1之后和在所述S2之前,还包括对所述炉管1进行检漏,检测所述炉管1内部漏气情况。
若不存在漏气情况,则可正常进行运作,若存在漏气情况,应当及时排查漏点并进行维修。
可选地,所述第一恒压为0.3-2mbar,所述第二恒压为0.3-2mbar。
在第一恒压和第二恒压的条件下,可以保证承载舟中最后的一至两个工位上的N型硅片上的原子层薄膜均匀吸附。
可选地,所述S2包括在第一恒压的条件下,对所述炉管1内通入所述第一前驱体进行脉冲吸附反应,所述第一前驱体通过惰性气体从所述炉管1的炉口方向携带铝源注入所述炉管1内,所述第一前驱体在N型硅片均匀吸附。
可选地,所述S3包括在第二恒压的条件下,对所述炉管1内所述N型硅片通入第二前驱体进行脉冲吸附反应,所述第二前驱体通过惰性气体从所述炉管1的炉口方向携带氧源注入所述炉管1内,所述第二前驱体在N型硅片均匀吸附,得到一层原子层薄膜。
具体地,可选地,在所述S2之后和在所述S3之前,还包括在第一恒压下,对通入第一前驱体进行脉冲吸附反应后的所述N型硅片通入惰性气体进行第一次气体吹扫过程,将多余的反应气体及副产物带出所述炉管1内;和/或,所述S3之后还包括:对通入第二前驱体进行脉冲吸附反应后的所述N型硅片通入惰性气体进行第二次气体吹扫过程,将多余的反应气体及副产物带出所述炉管1内。
具体地,对惰性气体的种类不进行限定,一般多采用氮气。
通入第一前驱体进行脉冲吸附反应和通入第二前驱体进行脉冲吸附反应时会产生多余的反应气体及副产物,第一次气体吹扫过程和第二次气体吹扫过程可将多余的反应气体及副产物清理出炉管1内,方便进行下一轮的脉冲吸附反应,也可确保N型硅片上所镀的原子层薄膜无杂质。
可选地,所述S2和所述S3反复进行多次,在所述N型硅片上得到预设厚度的原子层薄膜。
每进行一轮ALD镀膜过程,原子层薄膜在N型硅片的衬底表面或者上一原子层薄膜表面逐层生长,直到达到预设厚度的原子层薄膜,结束ALD镀膜过程。
具体地实施方式中,在S3之后,还包括对完成镀膜过程的炉管1内通入吹扫气体,进行最后一次气体吹扫过程,炉管1内的压力值恢复正常大气压值;打开炉管1,将承载舟从炉管1内取出,承载舟冷却后,卸下N型硅片,并传递至后续工序。
进一步地,本发明中的吹扫气体为氮气。
本发明还提供了一种管式ALD镀膜系统,包括炉管1、控压组件2、排气组件3和加热组件;所述排气组件3和所述加热组件分别用于对所述炉管1内部的N型硅片进行抽真空处理和预热处理;所述控压组件2用于在第一前驱体通入所述炉管1中时,使所述炉管1内保持第一恒压,以及用于在第二前驱体通入所述炉管1中时,使所述炉管1内保持第二恒压。
具体地实施方式中,还包括开关组件4和过滤组件5,开关组件4连接在炉管1与控压组件2之间,过滤组件5连接在炉管1和开关组件4之间,开关组件4可用于炉管1内控制抽真空处理的开启和关闭,过滤组件5用于过滤镀膜过程中产生的副产物,防止对排气组件3造成损坏。
在对炉管1内进行抽真空处理时,并对炉管1进行检漏,当炉管1内压强抽至5Pa左右时候,将开关组件4与控压组件2关闭,观察在1min内的自动回压情况:若漏率<3Pa/min,则证明炉管1内无漏气情况,可正常进行运作,若在规定的抽真空时间内炉管1压力抽不到5Pa左右或者漏率>3Pa/min,则证明炉管1内存在漏气情况,应当及时排查漏点并进行维修。
进一步地,本发明中控压组件2为蝶阀,排气组件3为真空泵,开关组件4为气动角阀,过滤组件5为颗粒捕捉器,加热组件为外置加热源,置于炉管1的下方。
需要注意的是,在进行第一次吹扫过程和第二次吹扫过程时,控压组件2为全开状态,排气组件3在ALD镀膜过程中,始终为全开状态。
为了证实本发明提供的可行性,提供如下的对照组和实验组实施例:
对照组实施例与实验组实施例中的承载舟规格为八工位;单工位180片N型硅片。
对照组:取N型硅片进行双面制绒,双面碱抛光,把制备好的N型硅片用自动化插片机装进承载舟,并用传统的管式ALD设备运行正常工艺500cycle,再使用椭偏仪测试所制备薄膜厚度,并计算N型硅片的片内、片间均匀度。
实验组:取N型硅片进行双面制绒,双面碱抛光,把制备好的N型硅片用自动化插片机装进承载舟,并用本发明提供的管式ALD镀膜系统运行正常工艺500cycle,将炉管1内的压力控制在0.3-2mbar范围内,再使用椭偏仪测试所制备薄膜厚度,并计算N型硅片的片内、片间均匀度。
椭偏仪5点测量,即中心点和四角,距N型硅片边缘1-2cm范围内的四角处取点,U%=(max-min)/2*Average,膜厚测试数据如表一、表二所示:
表一:
表二:
如表一、表二的试验结果所示,本发明的实验组实施例制备的氧化铝原子层薄膜相较于对照组制备的氧化铝原子层薄膜更加均匀。
对照组:采用传统管式ALD设备进行镀膜;
实验组:采用本发明提供的管式ALD镀膜方法及其系统进行镀膜;
将对照组和实验组所得的氧化铝原子层薄膜进行效率对比,对比结果如表三所示:
表三:
效率 Eta Uoc Isc FF Rs Rsh IRev2
对照组 24.95 0.7085 13.839 83.97 0.00046 3710 0.195
实验组 25.049 0.7108 13.828 84.1 0.00049 3777 0.175
差值 0.099 0.0023 -0.011 0.13 0.00003 67 -0.02
如表三的试验结果所示,本发明的实验组实施例制备的氧化铝原子层薄膜相较于对照组实施例制备的氧化铝原子层薄膜在各性能上均得到提升,不仅提高了光伏电池的产品合格率,而且极大提高了光伏电池的钝化性能,转化效率提升明显。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,包括:
S1,对装载有N型硅片的炉管(1)进行抽真空处理和预热处理;
S2,在第一恒压下,将第一前驱体通入所述炉管(1)中;
S3,在第二恒压下,将第二前驱体通入所述炉管(1)中,得到一层原子层薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,
所述抽真空处理包括:将所述炉管(1)内的压强抽至5Pa;
和/或,
所述预热处理包括:预热温度为150-300℃,预热时间为10-30min。
3.根据权利要求2所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,所述S1包括:将清洗后的所述N型硅片放置在承载舟上,将所述承载舟放入所述炉管(1)内,对所述炉管(1)进行抽真空处理和预热处理。
4.根据权利要求3所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,在所述S1之后和在所述S2之前,还包括:对所述炉管(1)进行检漏,检测所述炉管(1)内部漏气情况。
5.根据权利要求1所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,所述第一恒压为0.3-2mbar,所述第二恒压为0.3-2mbar。
6.根据权利要求5所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,所述S2包括:在第一恒压的条件下,对所述炉管(1)内通入所述第一前驱体进行脉冲吸附反应,所述第一前驱体通过惰性气体从所述炉管(1)的炉口方向携带铝源注入所述炉管(1)内,所述第一前驱体在N型硅片均匀吸附。
7.根据权利要求5所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,所述S3包括:在第二恒压的条件下,对所述炉管(1)内所述N型硅片通入第二前驱体进行脉冲吸附反应,所述第二前驱体通过惰性气体从所述炉管(1)的炉口方向携带氧源注入所述炉管(1)内,所述第二前驱体在N型硅片均匀吸附,得到一层原子层薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,在所述S2之后和在所述S3之前,还包括:在第一恒压下,对通入第一前驱体进行脉冲吸附反应后的所述N型硅片通入惰性气体进行第一次气体吹扫过程,将多余的反应气体及副产物带出所述炉管(1)内;
和/或,
所述S3之后还包括:对通入第二前驱体进行脉冲吸附反应后的所述N型硅片通入惰性气体进行第二次气体吹扫过程,将多余的反应气体及副产物带出所述炉管(1)内。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种管式ALD镀膜方法,其特征在于,所述S2和所述S3反复进行多次,在所述N型硅片上得到预设厚度的原子层薄膜。
10.一种管式ALD镀膜系统,其特征在于,包括:炉管(1)、控压组件(2)、排气组件(3)和加热组件;
所述排气组件(3)和所述加热组件分别用于对所述炉管(1)内部的N型硅片进行抽真空处理和预热处理;
所述控压组件(2)用于在第一前驱体通入所述炉管(1)中时,使所述炉管(1)内保持第一恒压,以及用于在第二前驱体通入所述炉管(1)中时,使所述炉管(1)内保持第二恒压。
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