TW202312512A - 用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法及所形成的預鍍膜 - Google Patents

用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法及所形成的預鍍膜 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法及所形成的預鍍膜。所述方法首先將承載矽片用托盤傳送至反應腔並進行第一沉積製程，在托盤表面形成第一非晶矽層；然後在反應腔中進行第二沉積製程，在第一非晶矽層上形成第二非晶矽層；最後在反應腔中進行第三沉積製程，在第二非晶矽層上形成第三非晶矽層；其中第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～3000 sccm、50～500 sccm、50～1000 W、20～100 S，第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.5～1.5 mbar、500～1800 sccm、400～2000 W、200～700 S，第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～2000 sccm、50～1500 sccm、50～1000 W、20～100 S。本發明能減少粉塵，降低清洗頻率。

Description

用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法及所形成的預鍍膜
本發明涉及太陽能製造領域，特別涉及用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法。
薄膜/晶矽異質結太陽能電池(以下簡稱異質結太陽能電池，又可稱HIT或HJT或SHJ太陽能電池)屬於第三代高效太陽能電池技術，它結合了晶體矽與矽薄膜的優勢，具有轉換效率高、溫度係數低等特點，將會逐步替代PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)電池，成為光伏電池的主流。
異質結太陽能電池的核心製造製程為通過等離子增強化學氣相沉積（PECVD）製程形成本徵非晶矽薄膜以及P型及N型非晶矽薄膜，在對矽片進行批量PECVD成膜前需要在托盤上沉積一層非晶矽，沉積的非晶矽與要在矽片上生長的薄膜屬於同種材質，通常也採用相同製程，此舉能夠避免托盤不同材質對矽片表面的影響，提高電池效率。
在托盤成膜過程中，腔體內壁特別是設置在頂部的噴淋頭（shower head）上也會鍍上膜。在矽片批量成膜過程中，反應腔室也會沉積非晶矽薄膜，附著在噴淋頭上的薄膜變厚後存在較大應力，成膜過程中托盤傳輸、射頻高功率都會引起噴淋頭的溫度波動，會導致薄膜從噴淋頭脫落形成粉塵。粉塵會造成矽片上非晶矽薄膜的缺陷，造成載流子的複合，降低電池效率。因此就需要對托盤和腔室進行較為頻繁的清洗，然後再進行預鍍膜，造成用於量產成膜的時間（稼動率）降低。
因此，如何提供一種用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，以減少粉塵，降低反應腔清洗頻率，提高電池效率，提高相應設備的稼動率，已成為業內亟待解決的技術問題。
針對現有技術的上述問題，本發明提出了一種用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其包括以下步驟：
(a).將承載矽片用托盤傳送至反應腔，在所述反應腔中進行第一沉積製程，從而在托盤表面上形成第一非晶矽層；
(b).在所述反應腔中進行第二沉積製程，從而在所述第一非晶矽層上形成第二非晶矽層；以及
(c).在所述反應腔中進行第三沉積製程，從而在所述第二非晶矽層上形成第三非晶矽層；
其中所述第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～3000 sccm、50～500 sccm、50～1000 W以及20～100 S，所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.5～1.5 mbar、500～1800 sccm、400～2000 W以及200～700 S，所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～2000 sccm、50～1500 sccm、50～1000 W以及20～100 S。
在一實施例中，所述第一沉積製程、第二沉積製程以及第三沉積製程的沉積溫度均為150～250℃。
在一實施例中，所述預鍍膜方法在進行步驟（a）之前還進行以下步驟：（a0）、將所述托盤傳送至預熱腔，在所述預熱腔將所述托盤預熱至第一預熱溫度，所述第一預熱溫度比所述沉積溫度高10～30℃。
在一實施例中，所述第一非晶矽層、第二非晶矽層以及第三非晶矽層的厚度分別為1～20nm、150～800nm以及1～20nm。
在一實施例中，所述第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.3～0.8 mbar、500～2000 sccm、100～300 sccm、300～800 W以及30～80 S。
在一實施例中，所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.8～1 mbar、800～1500 sccm、800～1500 W以及300～500 S。
在一實施例中，所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.3～0.8 mbar、500～1000 sccm、300～1000 sccm、300～800 W以及30～80 S。
在一實施例中，所述托盤放置在所述反應腔的底部，所述反應腔頂部設置有用於排放反應氣體的噴淋頭，所述噴淋頭在所述托盤上沉積第一非晶矽層、第二非晶矽層以及第三非晶矽層時，其上也沉積第一非晶矽層、第二非晶矽層以及第三非晶矽層。
在一實施例中，所述反應腔為等離子增強化學氣相沉積PECVD設備的反應腔。
本發明還提出一種通過上述任一項所述的預鍍膜方法形成在所述托盤及所述噴淋頭上的預鍍膜，所述預鍍膜包括依次沉積在所述托盤及噴淋頭上的所述第一非晶矽層、第二非晶矽層以及第三非晶矽層。
與現有技術中採用通常矽片用非晶矽沉積製程相比，本發明的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法首先將承載矽片用托盤傳送至反應腔，在反應腔中進行第一沉積製程而在托盤表面上形成第一非晶矽層；然後在所述反應腔中進行第二沉積製程而在第一非晶矽層上形成第二非晶矽層；最後在所述反應腔中進行第三沉積製程而在第二非晶矽層上形成第三非晶矽層；其中第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～3000 sccm、50～500 sccm、50～1000 W、20～100 S，所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.5～1.5 mbar、500～1800 sccm、400～2000 W、200～700 S，所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～2000 sccm、50～1500 sccm、50～1000 W、20～100 S。本發明能減少粉塵，降低反應腔清洗頻率，提高電池效率，提高相應設備的稼動率。
以下結合附圖和具體實施例對本發明作詳細描述，以便更清楚理解本發明的目的、特點和優點。應理解的是，以下結合附圖和具體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應被理解為對本發明的保護範圍進行任何限制。除非上下文明確地另外指明，否則單數形式“一”和“所述”包括複數指代物。需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。
參見圖1，其顯示了本發明的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法的具體流程。所述反應腔可為等離子增強化學氣相沉積PECVD設備的反應腔。所述方法首先進行步驟S110，將承載矽片用托盤傳送至反應腔。在本實施例中，可以通過滾輪或機械手等業界常用方式將托盤傳送至反應腔。
所述方法繼續進行步驟S120，在反應腔中進行第一沉積製程，從而在托盤表面上形成第一非晶矽層，所述第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～3000 sccm、50～500 sccm、50～1000 W以及20～100 S。所述第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間進一步分別可為0.3～0.8 mbar、500～2000 sccm、100～300 sccm、300～800 W、30～80 S。步驟S110中的所述第一沉積製程的沉積溫度均為150～250 ℃。步驟S110所形成的第一非晶矽層的厚度為1～20 nm，其結構緻密會與圖2中的噴淋頭形成比較牢固的結合。在本實施例中，所述第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.5 mbar、1500 sccm、250 sccm、500 W、50 S。
所述方法繼續進行步驟S130，在所述反應腔中進行第二沉積製程，從而在所述第一非晶矽層上形成第二非晶矽層，所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.5～1.5 mbar、500～1800 sccm、400～2000 W以及200～700 S。所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率、沉積時間進一步可分別為0.8～1 mbar、800～1500 sccm、800～1500 W、300～500 S。步驟S130中的所述第二沉積製程的沉積溫度均為150～250℃，所述第二非晶矽層的厚度為150～800nm。在本實施例中，所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率、沉積時間可分別為1 mbar、1000 sccm、1000 W、500 S。
步驟S130中的所述第二沉積製程是純矽烷條件，對應形成的第二非晶矽層也具備比較好的彈性形變容忍度，可以分散薄膜應力，第一非晶矽層也可以把第二非晶矽層緊緊粘附在噴淋頭上，防止剝離。
所述方法繼續進行步驟S140，在所述反應腔中進行第三沉積製程，從而在所述第二非晶矽層上形成第三非晶矽層，所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～2000 sccm、50～1500 sccm、50～1000 W以及20～100 S。步驟S140中的所述第三沉積製程的沉積溫度為150～250℃，所述第三非晶矽層的厚度為1～20nm。
步驟S140中的所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間進一步可分別為0.3～0.8 mbar、500～1000 sccm、300～1000 sccm、300～800 W、30～80 S。在本實施例中，步驟S140所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.5 mbar、1000 sccm、1000 sccm、500 W、50 S。
步驟S140中第三沉積製程形成的第三非晶矽層相對緻密光滑，能覆蓋並降低由第二非晶矽層引起的粉塵，減少矽片和托盤摩擦，提高電池的質量。
所述預鍍膜方法在進行步驟S110之前還進行步驟S100，將所述托盤傳送至預熱腔，在所述預熱腔將所述托盤預熱至第一預熱溫度，所述第一預熱溫度比所述沉積溫度高10～30℃。
所述托盤放置在所述反應腔的底部，所述反應腔頂部設置有用於排放反應氣體的噴淋頭，所述噴淋頭在所述托盤上沉積第一非晶矽層、第二非晶矽層以及第三非晶矽層同時，其上也沉積第一非晶矽層、第二非晶矽層以及第三非晶矽層。
圖2顯示了通過圖1所述的預鍍膜方法形成在反應腔1中的托盤3及噴淋頭10上的預鍍膜。如圖2所示，所述托盤3放置在所述反應腔1的底部，其具體可放置在相應的基台上。所述反應腔1的頂部設置有用於排放反應氣體的噴淋頭10，在反應腔1中進行圖1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法之後，所述托盤3以及噴淋頭10的表面上都形成了預鍍膜2，所述預鍍膜2包括第一非晶矽層20、第二非晶矽層22以及第三非晶矽層24。第一非晶矽層20、第二非晶矽層22以及第三非晶矽層24分別通過第一沉積製程、第二沉積製程、第三沉積製程形成。所述第一非晶矽層20、第二非晶矽層22以及第三非晶矽層24的厚度分別為1～20 nm、150～800 nm以及1～20 nm。
本發明的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法首先將承載矽片用托盤傳送至反應腔，在反應腔中進行第一沉積製程，在托盤表面上形成第一非晶矽層；然後在所述反應腔中進行第二沉積製程，在所述第一非晶矽層上形成第二非晶矽層；最後在所述反應腔中進行第三沉積製程，在所述第二非晶矽層上形成第三非晶矽層；其中所述第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～3000 sccm、50～500 sccm、50～1000 W、20～100 S，所述第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.5～1.5 mbar、500～1800 sccm、400～2000 W、200～700 S，所述第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率、沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～2000 sccm、50～1500 sccm、50～1000 W、20～100 S。本發明能減少粉塵，降低反應腔清洗頻率，提高電池效率，提高相應設備的稼動率。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本發明的，熟悉本領域的人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合申請專利範圍提到的創新性特徵的最大範圍。
1:反應腔 10:噴淋頭 2:預鍍膜 20:第一非晶矽層 22:第二非晶矽層 24:第三非晶矽層 3:托盤 S100~S140:步驟
在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之後，能夠更好地理解本發明的上述特徵和優點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪製，並且具有類似的相關特性或特徵的組件可能具有相同或相近的附圖標記。 圖1為本發明的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法的流程示意圖。 圖2為通過圖1所述的預鍍膜方法形成在托盤及噴淋頭上的預鍍膜。
1:反應腔
10:噴淋頭
2:預鍍膜
20:第一非晶矽層
22:第二非晶矽層
24:第三非晶矽層
3:托盤

Claims (10)

  1. 一種用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其包括以下步驟： (a).將承載矽片用一托盤傳送至一反應腔，在該反應腔中進行一第一沉積製程，從而在該托盤表面上形成一第一非晶矽層； (b).在該反應腔中進行一第二沉積製程，從而在該第一非晶矽層上形成一第二非晶矽層；以及 (c).在該反應腔中進行第三沉積製程，從而在該第二非晶矽層上形成一第三非晶矽層； 其中該第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～3000 sccm、50～500 sccm、50～1000 W以及20～100 S，該第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.5～1.5 mbar、500～1800 sccm、400～2000 W以及200～700 S，該第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.1～1 mbar、100～2000 sccm、50～1500 sccm、50～1000 W以及20～100 S。
  2. 如請求項1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該第一沉積製程、該第二沉積製程以及該第三沉積製程的沉積溫度均為150～250℃。
  3. 如請求項2所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該預鍍膜方法在進行步驟（a）之前還進行以下步驟：（a0）、將該托盤傳送至一預熱腔，在該預熱腔將該托盤預熱至一第一預熱溫度，該第一預熱溫度比該沉積溫度高10～30℃。
  4. 如請求項2所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該第一非晶矽層、該第二非晶矽層以及該第三非晶矽層的厚度分別為1～20 nm、150～800 nm以及1～20 nm。
  5. 如請求項1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該第一沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.3～0.8 mbar、500～2000 sccm、100～300 sccm、300～800 W以及30～80 S。
  6. 如請求項1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該第二沉積製程的沉積壓力、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.8～1 mbar、800～1500 sccm、800～1500 W以及300～500 S。
  7. 如請求項1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該第三沉積製程的沉積壓力、氫氣流量、矽烷流量、射頻功率以及沉積時間分別為0.3～0.8 mbar、500～1000 sccm、300～1000 sccm、300～800 W以及30～80 S。
  8. 如請求項1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該托盤放置在該反應腔的底部，該反應腔的頂部設置有用於排放反應氣體的一噴淋頭，該噴淋頭在該托盤上沉積該第一非晶矽層、該第二非晶矽層以及該第三非晶矽層時，其上也沉積該第一非晶矽層、該第二非晶矽層以及該第三非晶矽層。
  9. 如請求項1所述的用於改善反應腔粉塵的預鍍膜方法，其中，該反應腔為等離子增強化學氣相沉積PECVD設備的反應腔。
  10. 一種通過請求項1至9中任一項所述的預鍍膜方法形成在一托盤及一噴淋頭上的預鍍膜，該預鍍膜包括依次沉積在該托盤及該噴淋頭上的一第一非晶矽層、一第二非晶矽層以及一第三非晶矽層。
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