一种用于生产太阳能电池片的镀膜系统及镀膜方法

摘要

本发明公开了一种用于生产太阳能电池片的镀膜系统及镀膜方法，镀膜系统包括：真空等离子镀膜腔室、传输装置、载板、隔挡板、第一喷射装置、第二喷射装置和第三喷射装置。隔挡板将镀膜腔室沿输送系统的传输方向依次分割为氧化铝镀膜区域和氮化硅镀膜区域；第一喷射装置位于氧化铝镀膜区域起始端，用于喷射生成氧化铝层的前质气体；第二喷射装置位于氧化铝镀膜区域内，用于沿垂直朝向载板的方向喷射反应气体；第三喷射装置位于氮化硅镀膜区域内，用于沿垂直朝向载板的方向喷射生成氮化硅层的反应气体。本发明的优势在于仅需一个真空反应腔室同时完成两种镀膜，简化了设备和工艺操作步骤，降低了生产成本。

权利要求

1.一种用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，包括：镀膜腔室、传输装置、载板、隔挡板、第一喷射装置、第二喷射装置和第三喷射装置、等离子源装置和加热装置；

所述载板设于所述传输装置的输送带上，所述传输装置将所述载板从所述镀膜腔室的进口输送至所述镀膜腔室的出口，所述载板用于安装硅片；所述隔挡板将所述镀膜腔室沿所述输送系统的传输方向依次分割为氧化铝镀膜区域和氮化硅镀膜区域，所述隔挡板位于所述输送带上方且所述隔挡板的下边沿与所述输送带的间距使所述传输装置的传输不受阻碍；所述第一喷射装置设于所述镀膜腔室的进口位置处且位于所述氧化铝镀膜区域内，所述第一喷射装置用于喷射生成氧化铝层的前质气体；所述第二喷射装置设于所述镀膜腔室的顶壁且位于所述氧化铝镀膜区域内，所述第二喷射装置用于沿垂直朝向所述载板的运行方向喷射一氧化二氮、二氧化碳、氧气、氮气、惰性气体中的任意一种或多种混合的气体；

所述第三喷射装置设于所述镀膜腔室的顶壁且位于所述氮化硅镀膜区域内，所述第三喷射装置用于沿垂直朝向所述载板的运行方向喷射生成氮化硅层的反应气体；所述等离子源装置设于第一喷射装置和第二喷射装置内，其可用不同射频电源并将所述第一喷射装置和所述第二喷射装置的喷射的气体进行激发；所述加热装置设于所述镀膜腔室底部内壁，且所述加热装置对经过的载板进行加热。

2.根据权利要求1所述的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述第二喷射装置包括：镀膜腔室顶壁下方的等离子源装置及第二进气装置及朝向所述载板的第一喷头。

3.根据权利要求1所述的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述第三喷射装置包括：镀膜腔室顶壁下方的等离子源装置、第三进气装置及朝向所述载板的第二喷头和第三喷头，所述第二喷头及所述第三喷头之间交错排布。

4.根据权利要求1所述的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述第一喷射装置包括第一进气装置及第四喷头，且所述第四喷头与所述第二喷射装置的等离子源之间通过一挡板进行隔离。

5.根据权利要求1所述的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述等离子源装置包括一射频电源系统，且所述射频电源系统的频率为400KHz-2.45GHz。

6.根据权利要求1所述的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述镀膜腔室压力在10-500Pa之间。

7.根据权利要求1所述的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述第一喷射装置喷射三甲基铝，以及其和一氧化二氮、二氧化碳、氮气、惰性气体中的任意一种或多种混合的气体。

8.根据权利要求3所述的生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述第三喷头喷射生产氮化硅的混合气体，所述第二喷射头用于喷射氨气、氢气、氮气的单一气体、或者氨气与氢气以及氮气的混合气体，所述第三喷射头用于喷射硅烷的单一气体、或者硅烷与氮气、氢气的混合气体。

9.根据权利要求1所述的生产太阳能电池片的镀膜系统，其特征在于，所述加热装置的温度在250-450℃之间。

10.一种用于生产太阳能电池片的镀膜方法，其特征在于，所述镀膜方法应用于权利要求1-9任意一项所述的镀膜系统；所述镀膜方法包括步骤：传输装置将安装有硅片的载板输送入镀膜腔室；

对所述镀膜腔室内部进行加热并抽真空；

启动所述镀膜腔室内部的射频电源系统形成离子体；

将所述硅片输送至氧化铝镀膜区域，利用第一喷射装置喷射生成氧化铝层的反应气体并且利用第二喷射装置沿垂直朝向所述载板的方向喷射一氧化二氮、氩气、氦气中的任意一种或多种混合的气体；

待所述硅片沉积氧化铝层后，将所述硅片输送至氮化硅镀膜区域，利用第三喷射装置沿垂直朝向所述载板的方向喷射生成氮化硅层的反应气体。

说明书

一种用于生产太阳能电池片的镀膜系统及镀膜方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体器件生产技术领域，具体涉及一种用于生产太阳能发电用电池片的镀膜系统及镀膜方法。

背景技术

[0002] 氧化铝薄膜作为太阳能电池的表面钝化材料，由于其含有高密度的固定负电荷，在太阳能电池P型层的钝化方面表现突出，目前已成为高效电池的主要工艺之一。当前比较常见的氧化铝镀膜系统可以分为两大类：原子层沉积(ALD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)。ALD方法利用三甲基铝(TMA)和水汽(H2O)以次交叉覆盖到硅片表面，在一定温度下反应生成氧化铝。ALD系统镀膜质量高，但镀膜速率慢，不易量产化。PECVD是在真空中把三甲基铝(TMA)和一氧化二氮混合，通过等离子激发反应生成氧化铝。这种PECVD系统镀膜质量适中，但镀膜速率快，容易实现量产化，尤其是链式PECVD方式更容易量产化。

[0003] 为了达到最佳的电性能效果，背钝化膜需要达到120-200纳米左右，由于氧化铝膜生产成本高，可以采用氧化铝和氮化硅的叠层来达到同样目的。在这种情况下，氧化铝厚度只要10-30纳米左右，其余的是氮化硅。

[0004] 为了实现氧化铝、氮化硅两种膜，常规的做法需要两台设备分别完成。这样生产成本就成倍增加。另一种方法是两种膜在同一台链式设备的两个不同镀膜腔室完成，中间用一个真空腔连接隔开，这样就降低了成本，同时还节省设备之间硅片的搬运工作。

发明内容

[0005] 本发明提供一种用于生产太阳能电池片的镀膜系统及镀膜方法，以解决现有技术的需要氧化铝和氮化硅两层膜时，需采用两台独立设备或腔室完成，而造成的设备投入高和生产成本高的问题。

[0006] 本发明提供的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，包括：镀膜腔室、传输装置、载板、隔挡板、第一喷射装置、第二喷射装置和第三喷射装置、等离子源装置和加热装置；

[0007] 所述载板设于所述传输装置的输送带上，所述传输装置将所述载板从所述镀膜腔室的进口输送至所述镀膜腔室的出口，所述载板用于安装硅片；所述隔挡板将所述镀膜腔室沿所述输送系统的传输方向依次分割为氧化铝镀膜区域和氮化硅镀膜区域，所述隔挡板位于所述输送带上方且所述隔挡板的下边沿与所述输送带的间距使所述传输装置的传输不受阻碍；所述第一喷射装置设于所述镀膜腔室的进口位置处且位于所述氧化铝镀膜区域内，所述第一喷射装置用于喷射生成氧化铝层的前质气体；所述第二喷射装置设于所述镀膜腔室的顶壁且位于所述氧化铝镀膜区域内，所述第二喷射装置用于沿垂直朝向所述载板的运行方向喷射一氧化二氮、二氧化碳、氧气、氮气、惰性气体中的任意一种或多种混合的气体；所述第三喷射装置设于所述镀膜腔室的顶壁且位于所述氮化硅镀膜区域内，所述第三喷射装置用于沿垂直朝向所述载板的运行方向喷射生成氮化硅层的反应气体；所述等离子源装置设于第一喷射装置和第二喷射装置内，其可用不同射频电源并将所述第一喷射装置和所述第二喷射装置的喷射的气体进行激发；所述加热装置设于所述镀膜腔室底部内壁，且所述加热装置对经过的载板进行加热。

[0008] 所述第二喷射装置包括：镀膜腔室顶壁下方的等离子源装置及第二进气装置及朝向所述载板的第一喷头。

[0009] 所述第三喷射装置包括：镀膜腔室顶壁下方的等离子源装置、第三进气装置及朝向所述载板的第二喷头和第三喷头，所述第二喷头及所述第三喷头之间交错排布。

[0010] 所述第一喷射装置包括第一进气装置及第四喷头，且所述第四喷头与所述第二喷射装置的等离子源之间通过一挡板进行隔离。

[0011] 所述等离子源装置包括一射频电源系统，且所述射频电源系统的频率为400KHz-2.45GHz。

[0012] 所述镀膜腔室压力在10-500Pa之间。

[0013] 所述第一喷射装置喷射三甲基铝，以及其和一氧化二氮、二氧化碳、氮气、惰性气体中的任意一种或多种混合的气体。

[0014] 所述第三喷头喷射生产氮化硅的混合气体，所述第二喷射头用于喷射氨气、氢气、氮气的单一气体、或者氨气与氢气以及氮气的混合气体，所述第三喷射头用于喷射硅烷的单一气体、或者硅烷与氮气、氢气的混合气体。

[0015] 所述加热装置的温度在250-450℃之间。

[0016] 一种用于生产太阳能电池片的镀膜方法，所述镀膜方法应用于上述一项所述的镀膜系统；所述镀膜方法包括步骤：

[0017] 传输装置将安装有硅片的载板输送入镀膜腔室；

[0018] 对所述镀膜腔室内部进行加热并抽真空；

[0019] 启动所述镀膜腔室内部的射频电源系统形成离子体；

[0020] 将所述硅片输送至氧化铝镀膜区域，利用第一喷射装置喷射生成氧化铝层的反应气体并且利用第二喷射装置沿垂直朝向所述载板的方向喷射一氧化二氮、氩气、氦气中的任意一种或多种混合的气体；

[0021] 待所述硅片沉积氧化铝层后，将所述硅片输送至氮化硅镀膜区域，利用第三喷射装置沿垂直朝向所述载板的方向喷射生成氮化硅层的反应气体。

[0022] 本发明提供的用于生产太阳能电池片的镀膜系统及镀膜方法，将原本需要分别在氧化铝镀膜设备和氮化硅镀膜设备完成的工艺过程，集成到同一个设备，同一腔室，一次性完成，尤其适用于链式设备上，减少整个工艺过程设备投入成本，简化了工艺操作步骤，降低了生产成本。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

[0024] 图1为本发明实施例一的用于生产太阳能电池片的镀膜系统的结构示意图；

[0025] 图2为本发明实施例一的用于生产太阳能电池片的镀膜系统的工作原理示意图；

[0026] 图3为本发明实施例一的第一喷射装置、第二喷射装置、第三喷射装置、隔挡板和载板的位置关系示意图；

[0027] 图4为本发明实施例一的第一喷射装置、第二喷射装置、第三喷射装置、隔挡板和载板的工作原理示意图；

[0028] 图5为本发明实施例一的第二喷射装置、第三喷射装置和隔挡板的仰视示意图。具体实施方式：

[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

[0030] 图1为本发明实施例一的用于生产太阳能电池片的镀膜系统的结构示意图，图2为本发明实施例一的用于生产太阳能电池片的镀膜系统的工作原理示意图，如图1和图2所示，本发明实施例一的用于生产太阳能电池片的镀膜系统，包括：镀膜腔室100、传输装置2、载板3、隔挡板4、第一喷射装置5、第二喷射装置6和第三喷射装置7。

[0031] 所述载板3设于所述传输装置2的输送带上，所述传输装置2将所述载板3从所述镀膜腔室100的进口101输送至所述镀膜腔室100的出口102，所述载板3用于安装硅片；所述隔挡板4将所述镀膜腔室100沿所述输送系统的传输方向依次分割为氧化铝镀膜区域401和氮化硅镀膜区域402，以降低氧化铝镀膜区域401和氮化硅镀膜区域402的气体混合，所述隔挡板4位于所述传输装置2的输送带上方且所述隔挡板4的下边沿与所述传输装置2的输送带的间距使传输装置2的传输不受阻碍，例如隔挡板4的下边沿与载板3上表面的间距为5-10mm。所述第一喷射装置5设于所述镀膜腔室100的进口101位置处且位于所述氧化铝镀膜区域401内，所述第一喷射装置5用于喷射生成氧化铝层的前质气体(precursor)。第一喷射装置5具体用于喷射三甲基铝(TMA)，以及一氧化二氮(N2O)、氧气、二氧化碳中的任意一种或多种混合的前质气体，以在硅片上形成氧化铝层。所述第二喷射装置6设于所述镀膜腔室
100的顶壁下方且位于所述氧化铝镀膜区域401内，所述第二喷射装置6用于沿垂直朝向所述载板3的方向喷射一氧化二氮、氧气、或其和氩气(Ar)或氦气中的任意一种或多种混合的反应气体(reactive)，例如，一氧化二氮、与氩气(Ar)或氦气中的任意一种或多种混合的反应气体，或者，一氧化二氮和氧气、与氩气(Ar)或氦气中的任意一种或多种混合的反应气体，氧气、与氩气(Ar)或氦气中的任意一种或多种混合的反应气体，以阻挡三甲基铝、一氧化二氮等气体被吹入氮化硅镀膜区域402，影响氮化硅层的镀膜。所述第三喷射装置7设于所述镀膜腔室100的顶壁下方且位于所述氮化硅镀膜区域402内，所述第三喷射装置7用于沿垂直朝向所述载板3的方向喷射氨气(NH3)和硅烷(SiH4)，氨气和硅烷为在硅片的氧化铝膜层上形成氮化硅保护层的反应气体。所述镀膜腔室100底壁上方设有加热器8，促进镀膜腔室100内的化学反应。所述镀膜腔室100顶壁下方设有离子源9，离子源9位于第一喷射装置5和第二喷射装置6上方。在镀膜腔室的化学反应中，离子源9放电，加热硅片表面，提高氮化硅镀膜质量。

[0032] 镀膜腔室100主要用于链式PECVD真空状态下，使氧化铝和氮化硅在同一个反应腔室内一次镀膜。通过改进镀膜腔室内部结构，使氧化铝和氮化硅可以在同一个镀膜腔室内完成镀膜，不同于现有技术中需要两个镀膜腔室，分别对氧化铝镀膜和对氮化硅镀膜，镀膜腔室压力在10-500Pa之间，且三氧化二铝和氮化硅镀膜区用同一个压力控制系统[0033] 本发明实施例一的镀膜系统的工作原理为：在氧化铝镀膜区域401的离子源9上方通入大量氦气或一氧化二氮，以降低氧化铝镀膜区域401和氮化硅镀膜区域402的气体混合，通过氧化铝镀膜区域401离子源9放电，加热硅片表面，提高氮化硅镀膜质量，在同一个镀膜腔室内完成氧化铝镀膜和氮化硅镀膜。本发明的镀膜腔室100的出口102处能够直接获得同时镀有氧化铝层和氮化硅保护层的硅片，该硅片依次叠层设置有氧化铝层和氮化硅保护层。

[0034] 图3为本发明实施例一的第一喷射装置、第二喷射装置、第三喷射装置、隔挡板和载板的位置关系示意图，图4为本发明实施例一的第一喷射装置、第二喷射装置、第三喷射装置、隔挡板和载板的工作原理示意图，图5为本发明实施例一的第二喷射装置、第三喷射装置和隔挡板的仰视示意图，如图3、图4和图5所示，所述第二喷射装置6位于所述隔挡板4的一侧，所述第三喷射装置7位于所述隔挡板4的另一侧。

[0035] 所述第一喷射装置包括第一进气装置及第四喷头，且所述第四喷头与所述第二喷射装置的等离子源之间通过一挡板进行隔离，所述第一喷射装置喷射三甲基铝，以及其和一氧化二氮、二氧化碳、氮气、惰性气体中的任意一种或多种混合的气体。

[0036] 所述第二喷射装置6包括：若干均匀设于所述镀膜腔室100顶壁下方的等离子源装置及第二进气装置及朝向所述载板的第一喷头61；所述第一喷头61用于喷射一氧化二氮、氩气或氦气中的任意一种或多种混合的气体。所述第二喷射装置用于沿垂直朝向所述载板的运行方向喷射一氧化二氮、二氧化碳、氧气、氮气、惰性气体中的任意一种或多种混合的气体

[0037] 所述第三喷射装置7包括：若干设于所述镀膜腔室顶壁100下方的镀膜腔室顶壁下方的等离子源装置、第三进气装置及朝向所述载板的第二喷头71和第三喷头72。所述第二喷头71具体用于喷射氨气的单一气体、氢气与氮气的混合气体、或者氨气与氢气以及氮气的混合气体，所述第三喷头72用于喷射硅烷的单一气体、或者硅烷与氮气的混合气体。所述第三喷头喷射生产氮化硅的混合气体，所述第二喷射头用于喷射氨气、氢气、氮气的单一气体、或者氨气与氢气以及氮气的混合气体，所述第三喷射头用于喷射硅烷的单一气体、或者硅烷与氮气、氢气的混合气体。如图5所示，所述第二喷头71和所述第三喷头72按列交错排布，进一步增大反应气体的混合面积，提高反应效率。

[0038] 所述等离子源装置设于第一喷射装置和第二喷射装置内，其可用不同射频电源，并将所述第一喷射装置和所述第二喷射装置的喷射的气体进行激发；所述等离子源装置包括一射频电源系统，且所述射频电源系统的频率为400KHz-2.45GHz。

[0039] 加热装置10设于所述镀膜腔室底部内壁，且所述加热装置对经过的载板进行加热。且对载板的加热温度为250-450℃。

[0040] 本发明实施例二提供一种用于生产太阳能电池片的镀膜方法，该镀膜方法应用于本发明图1和图2所示的镀膜系统。该镀膜方法包括：

[0041] 步骤S1，传输装置将安装有硅片的载板输送入镀膜腔室；具体地，将硅片待镀膜面放置于载板的卡槽内，载板自动进入镀膜腔室的装载腔；

[0042] 步骤S2，对所述镀膜腔室内部进行加热并抽真空；例如，利用红外灯管加热至350-450℃的温度；

[0043] 步骤S3，启动所述镀膜腔室内部的离子源；例如，离子源设为500-2000W，启动所述镀膜腔室内部的设置的射频电源系统(RF)激发生成离子体，用射频电源系统引发的等离子体激发化学反应生成氧化铝和氮化硅；

[0044] 步骤S4，将所述硅片输送至氧化铝镀膜区域，利用第一喷射装置喷射生成氧化铝层的反应气体并且利用第二喷射装置沿垂直朝向所述载板的方向喷射一氧化二氮、氩气、氦气中的任意一种或多种混合的气体；例如，气管中第一喷射装置喷射的三甲基铝为50-200sccm、一氧化二氮为500-2000sccm，第二喷射装置喷射的一氧化二氮为2000-5000sccm；

[0045] 步骤S5，待所述硅片沉积氧化铝层后，将所述硅片输送至氮化硅镀膜区域，利用第三喷射装置沿垂直朝向所述载板的方向喷射生成氮化硅层的反应气体；例如，气管中第三喷射装置喷射的氨气为1000-4000sccm、硅烷为200-600sccm。

[0046] 镀膜完成后，将硅片输送至冷却腔降温，然后送入卸载腔；卸载腔填充大气，载板自动进入下料台，完成整个镀膜循环。

[0047] 等离子源体系包括三氧化二铝镀膜区和氮化硅镀膜区两个独立的线性等离子源系统，其中每个等离子源系统各自用其射频电源系统，并连接到各自腔里的电极板上，每个等离子源体系的功率可以独立控制。

[0048] 本发明按比例和流量连续流进相应气体，分别通过第一喷射装置、第二喷射装置和第三喷射装置进入到镀膜腔室，通过真空泵和压力控制装置调节镀膜腔室的压力；开启相应射频电源系统并设置功率在镀膜腔的三氧化二铝和氮化硅镀膜区形成等离子体；传输装置将安装有硅片的载板输送入预真空腔室；板在所述真空腔室内进行加热；所述加热的载板送人镀膜腔室内并匀速前进进入等离子源区；所述载板先进入三氧化二铝镀膜区然后进入氮化硅镀膜区，使其上的硅片先沉积氧化铝层后再沉积氮化硅层，载板离开镀膜腔室进入卸载腔室将栽板上的硅片进行卸载，以上过程可以连续进行，在镀膜区一块载板紧跟另一块载板进行太阳能生产电池片，保证该过程的连续进行。

[0049] 本发明的镀膜腔室的长度可调，可根据所需镀膜的厚度进行调节，同时，可通过载片底部对硅片进行镀膜，也可以通过载片的顶部对硅片进行镀膜或是上下方同时镀膜。

[0050] 本发明的镀膜腔室的宽度可调，在以上实施例里是针对1米宽的腔体而设计，其中在宽度方向可以同时放置5张硅片进行同时镀膜处理。为了增加产能，宽度可以进一步增加，同时处理的硅片就可以增加，这样有利于单位产能的增加。当宽度增加后，相应的气体流量和射频功率也就需要增加。

[0051] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。