一种采用PECVD镀设减反膜的方法

摘要

本发明公开了一种采用PECVD镀设减反膜的方法，包括如下步骤：(1)将待处理的硅片放入PECVD设备的石英管内，抽真空、升温，通入反应气体，使石英管内形成反应气体的气氛氛围；将PECVD设备的电源功率调整到P1，对待处理的硅片表面进行间接法镀膜，在硅片表面沉积底层减反膜；所述P1大于40KHZ；(2)然后将PECVD设备的电源功率调整到P2，进行直接法镀膜，在所述底层减反膜上继续沉积减反膜；所述P2小于等于40KHZ；关闭电源，同时停止通入反应气体，即可完成减反膜的镀设。实验证明，采用本发明得到的减反膜的膜厚均匀性较好，且可以降低表面少子复合速率，提高少子寿命，提高电池片的光电转换效率。

权利要求

1.一种采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1) 将待处理的硅片放入PECVD设备的石英管内，抽真空、升温，通入反应气体，使石英管内形成反应气体的气氛氛围；

然后将PECVD设备的电源功率调整到P1，对待处理的硅片表面进行间接法镀膜，在硅片表面沉积底层减反膜；

所述P1大于40KHZ；

(2) 然后将PECVD设备的电源功率调整到P2，进行直接法镀膜，在所述底层减反膜上继续沉积减反膜；

所述P2小于等于40KHZ；

关闭电源，同时停止通入反应气体，即可完成减反膜的镀设；

所述步骤(1)中，P1为50 500KHZ，间接法镀膜的持续100 400秒；

~ ~

所述步骤(2)中，P2为30 40KHZ，直接法镀膜的持续500 800秒。

~ ~

2.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中底层减反膜的厚度为10 20nm，所述步骤(2)最终得到的减反膜的厚度为80 100nm。

~ ~

3.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述反应气体为氨气和硅烷。

4.根据权利要求3所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述氨气的流量为1 20立方米每秒，所述硅烷的流量为1 20立方米每秒。

~ ~

5.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，PECVD设备的电源功率调整到50 130KHZ。

~

6.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，PECVD设备的电源功率调整到35 39KHZ。

~

7.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，石英管内的气压为1600 2000mTorr；

~

所述步骤(2)中，石英管内的气压为1000 1600mTorr。

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8.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，升温至480℃后，通入反应气体。

9.根据权利要求1所述的采用PECVD镀设减反膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对待处理的硅片表面进行间接法镀膜，持续150 300秒。

~

说明书

一种采用PECVD镀设减反膜的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种采用PECVD镀设减反膜的方法。

背景技术

[0002] 常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。其中，晶体硅太阳能电池由于丰富的硅储量得到了广泛应用。

[0003] 现有的晶体硅太阳能电池的制备工艺如下：清洗制绒→扩散→刻蚀/去PSG→PECVD镀膜→丝网印刷→烧结→测试分档→分选→包装。其中，PECVD镀膜是指采用等离子体增强化学气相沉积方法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition），使气体在硅电池片表面发生化学反应并形成覆盖层，即减反射膜；此减反射膜的主要作用是：降低反射率、良好的体钝化和表面钝化，以及利用氮化硅薄膜的强致密性和耐多数酸碱性，在硅片表面形成保护层。

[0004] 然而，现有的管式PECVD机台，由于是固定频率的RF电源设计，导致硅片底层刚开始沉积的时候，会对硅片表面损伤较重，导致表面少子复合速率较高，同时，受表面绒面的影响，表面氮化硅膜厚均匀性不稳定，最终影响了电池片的光电转换效率。

[0005] 针对上述问题，中国发明专利201210133070.5公开了一种利用调频的方式改善高频放电等离子体均匀性的方法，其通过所馈入的高频电磁场的频率是经过自动调谐控制的，并且在等离子体放电过程中其频率始终持续不断地循环变化，并在一个固定的频率范围内，使等离子体放电空间内等离子体密度相对较高的位置发生循环变化；而且，该频率循环变化的模式为恒定周期。

[0006] 然而，发明人经过工业化生产实践发现，上述方法虽然能改善放电等离子体的均匀性，但其最终得到的减反膜的膜厚均匀性还是不稳定。

[0007] 因此，开发一种采用PECVD镀设减反膜的方法，以改善减反膜的膜厚均匀性，且可以降低表面少子复合速率，提高少子寿命，提高电池片的光电转换效率，显然具有积极的现实意义。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种采用PECVD镀设减反膜的方法。

[0009] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种采用PECVD镀设减反膜的方法，包括如下步骤：

[0010] (1) 将待处理的硅片放入PECVD设备的石英管内，抽真空、升温，通入反应气体，使石英管内形成反应气体的气氛氛围；

[0011] 然后将PECVD设备的电源功率调整到P1，对待处理的硅片表面进行间接法镀膜，在硅片表面沉积底层减反膜；

[0012] 所述P1大于40KHZ；

[0013] (2) 然后将PECVD设备的电源功率调整到P2，进行直接法镀膜，在所述底层减反膜上继续沉积减反膜；

[0014] 所述P2小于等于40KHZ；

[0015] 关闭电源，同时停止通入反应气体，即可完成减反膜的镀设。

[0016] 而RF功率是由PECVD设备的电源功率确定的，因此，只要调整电源功率，即可实现间接法镀膜和直接法镀膜之间的切换。

[0017] 本发明的工作机理如下：先采用间接法镀膜，在硅片表面沉积底层减反膜（即氮化硅薄膜），由于间接法镀膜时等离子体对硅片表面的轰击作用比较弱，等离子体的沉积受硅片表面的绒面均匀性影响较小，因而可以减少硅片表面的损伤层，减少表面少子复合；

[0018] 然后，采用直接法镀膜，在底层减反膜上继续沉积减反膜，直接法镀膜时，等离子体对硅片表面的轰击作用比较强，但由于已经在底层已经沉积了一层的底层减反膜做保护，所以等离子体的轰击不会损失硅片，而强的轰击作用有利于H离子进入到硅片内部，增加了H钝化作用，提升电池片的光电转换效率；同时，直接法镀膜时，等离子体受硅片表面绒面的均匀性影响较大，但由于已经硅片低层预先沉积了底层减反膜，所以此时利用直接法沉积减反膜（氮化硅）的均匀性基本不再受绒面的影响，从而大大提升了减反膜的膜厚均匀性。

[0019] 所述步骤（1）中，间接法镀膜的持续时间也可以是110秒、120秒、130秒、140秒、150秒、160秒、170秒、180秒、190秒、200秒、210秒、230秒、250秒、260秒、270秒、290秒、300秒、310秒、320秒、330秒、340秒、350秒、360秒、370秒、380秒、390秒等。

[0020] 所述步骤（2）中，直接法镀膜的时间还可以是510秒、520秒、530秒、550秒、570秒、590秒、610秒、650秒、680秒、700秒、710秒、720秒、730秒、750秒、760秒、770秒、780秒、790秒等。

[0021] 优选的，所述步骤(1)中，P1为50 500KHZ，间接法镀膜的持续100 400秒；~ ~

[0022] 优选的，所述步骤(2)中，P2为30 40KHZ，直接法镀膜的持续500 800秒；~ ~

[0023] 所述步骤(1)中，PECVD设备的电源功率可以为41KHZ、42KHZ、43KHZ、44KHZ、45KHZ、46KHZ、47KHZ、48KHZ、49KHZ、51KHZ、52KHZ、53KHZ、54KHZ、55KHZ、56KHZ、57KHZ、58KHZ、
59KHZ、60KHZ、61KHZ、62KHZ、63KHZ、64KHZ、65KHZ、66KHZ、67KHZ、68KHZ、69KHZ、70KHZ、
75KHZ、80KHZ、85KHZ、90KHZ、95KHZ、100KHZ、105KHZ、110KHZ、115KHZ、120KHZ、125KHZ、
130KHZ、135KHZ、140KHZ、145KHZ、150KHZ、160KHZ、170KHZ、180KHZ、190KHZ、200KHZ、250KHZ、
300KHZ、350KHZ、400KHZ、450KHZ、460KHZ、470KHZ、480KHZ、490KHZ、495KHZ等。

[0024] 优选的，所述步骤(1)中，PECVD设备的电源功率调整到50 130KHZ。进一步优选的，~PECVD设备的电源功率调整到100 120KHZ。
~

[0025] 所述步骤(2)中，PECVD设备的电源功率可以是31KHZ、32KHZ、33KHZ、34KHZ、35KHZ、36KHZ、37KHZ、38KHZ、39KHZ等。优选的，所述步骤(2)中，PECVD设备的电源功率调整到35~
39KHZ。

[0026] 优选的，所述步骤(1)中底层减反膜的厚度为10 20nm，所述步骤(2)最终得到的减~反膜的厚度为80 100nm。
~

[0027] 所述步骤(1)中底层减反膜的厚度可以是11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、19.5nm等。

[0028] 所述步骤(2)最终得到的减反膜的厚度可以是81nm、82nm、83nm、84nm、85nm、86nm、87nm、88nm、89nm、90nm、91nm、92nm、93nm、94nm、95nm、96nm、97nm、98nm、99nm等。

[0029] 优选的，所述步骤(1)中底层减反膜的厚度为14 16nm。~

[0030] 优选的，所述反应气体为氨气和硅烷。

[0031] 优选的，所述氨气的流量为1 20立方米每秒，所述硅烷的流量为1 20立方米每秒。~ ~
例如，所述氨气的流量为2立方米每秒、3立方米每秒、5立方米每秒、7立方米每秒、9立方米每秒、10立方米每秒、11立方米每秒、12立方米每秒、15立方米每秒、16立方米每秒、18立方米每秒、19立方米每秒等。

[0032] 所述硅烷的流量为2立方米每秒、3立方米每秒、5立方米每秒、7立方米每秒、9立方米每秒、10立方米每秒、11立方米每秒、12立方米每秒、15立方米每秒、16立方米每秒、18立方米每秒、19立方米每秒等。

[0033] 优选的，所述步骤(1)中，石英管内的气压为1600 2000mTorr；~

[0034] 所述步骤(2)中，石英管内的气压为1000 1600mTorr。~

[0035] 例如，所述步骤(1)中，石英管内的气压为1650mTorr、1700mTorr、1750mTorr、1800mTorr、1850mTorr、1900mTorr、1950mTorr、1980mTorr、1990mTorr等。

[0036] 所述步骤(2)中，石英管内的气压为1050mTorr、1100mTorr、1150mTorr、1200mTorr、1250mTorr、1300mTorr、1350mTorr、1400mTorr、1450mTorr、1500mTorr、
1550mTorr、1560mTorr、1580mTorr等。

[0037] 优选的，所述步骤(2)中，采用直接法镀膜在硅片表面的底层减反膜上继续沉积减反膜，持续500 600秒。优选的，所述步骤(1)中，升温至480℃后，通入反应气体。~

[0038] 优选的，所述步骤(1)中，对待处理的硅片表面进行间接法镀膜，持续150 300秒。~

[0039] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

[0040] 1. 本发明研发了一种新的采用PECVD镀设减反膜的方法，先采用间接法镀膜，在硅片表面沉积底层减反膜（即氮化硅薄膜），然后采用直接法镀膜在底层减反膜上继续沉积减反膜，实验证明，采用本发明得到的减反膜的膜厚均匀性较好，且可以降低表面少子复合速率，提高少子寿命，提高电池片的光电转换效率，取得了显著的效果；

[0041] 2.本发明可以使直接法和间接法镀膜配合使用，结合了两种镀膜方式的优点，最终达到了减少表面损伤、减少表面复合、提升钝化的目的；

[0042] 3.本发明的方法操作和控制简单，在现有的管式PECVD机台上即可实施，因而适于推广应用。

附图说明

[0043] 图1为本发明实施例一中直接法镀膜时等离子体运行方向结构示意图（等离子体对硅片表面有轰击）。

[0044] 图2为本发明实施例一中间接法镀膜时等离子体运行方向结构示意图（等离子体对硅片表面无轰击）。

[0045] 其中：1、石墨舟片；2、硅片；5、等离子体方向（等离子体直接轰击硅片表面）；6、等离子体方向（等离子体不直接轰击硅片表面）。

具体实施方式

[0046] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

[0047] 实施例一：

[0048] 参见图1 2所示，一种采用PECVD镀设减反膜的方法，包括如下步骤：~

[0049] 石墨舟推进机台石英管内后，开始抽真空和升温，温度达到480℃后，石英管内先通入10s的氨气和硅烷，使石英管内形成氨气和硅烷的氛围，10s后，变频RF电源功率调整到130KHZ，此时为间接法镀膜，等离子体对硅片表面的轰击作用比较弱，减少硅片表面的损伤层，减少了表面少子复合，同时继续通入氨气和硅烷，电离氨气和硅烷在硅片表面沉积底层的氮化硅薄膜，持续150s后；石英管内的气压为1700mTorr；

[0050] 变频RF电源功率调整到40KHZ，继续通入氨气和硅烷，此时为直接法镀膜，等离子体对硅片表面的轰击作用比较强，但由于已经在底层已经沉积了一层15nm左右的氮化硅层做保护，所以等离子体的轰击不会损失硅片，强的轰击作用，有利于H离子进入到硅片内部，增加了H钝化作用，持续600s后，石英管内的气压为1200mTorr；

[0051] 关闭RF电源，同时停止通入氨气和硅烷，即可完成减反膜的镀设。最终得到的减反膜的厚度为83nm。

[0052] 图1为直接法镀膜时等离子体运行方向结构示意图（等离子体对硅片表面有轰击）。图2为间接法镀膜时等离子体运行方向结构示意图（等离子体对硅片表面无轰击）。

[0053] 对比例一：

[0054] 一种采用PECVD镀设减反膜的方法，包括如下步骤：

[0055] 石墨舟推进机台石英管内后，开始抽真空和升温，温度达到480度后，石英管内先通入10s的氨气和硅烷，使石英管内形成氨气和硅烷的氛围，10s后，电源功率调整到135.6KHZ，同时继续通入氨气和硅烷，电离氨气和硅烷在硅片表面沉积氮化硅薄膜，持续
600 800s后；关闭RF电源，同时停止通入氨气和硅烷，即可完成减反膜的镀设。最终得到的~
减反膜的厚度为84nm。

[0056] 对比例二：

[0057] 一种采用PECVD镀设减反膜的方法，包括如下步骤：

[0058] 石墨舟推进机台石英管内后，开始抽真空和升温，温度达到480度后，石英管内先通入10s的氨气和硅烷，使石英管内形成氨气和硅烷的氛围，10s后，电源功率调整到40KHZ，同时继续通入氨气和硅烷，电离氨气和硅烷在硅片表面沉积氮化硅薄膜，持续600 800s后；~
关闭RF电源，同时停止通入氨气和硅烷，即可完成减反膜的镀设。最终得到的减反膜的厚度为84nm。

[0059] 将实施例一和对比例一和二得到的电池片进行电性能测试，结果如下：

[0060]Item 少子寿命(us) Uoc (mV) Isc (A) FF (%) Rs (mΩ) Rsh (Ω) EFF
实施例一 85 640.9 9.00 1.69 838 80.17 19.00%
对比例一 63 638.9 8.97 1.63 675 80.08 18.85%
对比例二 67 638.4 8.95 1.56 587 80.24 18.83%

[0061] 由上述对比可知，本发明可以降低表面少子复合速率，提高少子寿命，而且大大提高电池片的光电转换效率：相对于对比例，本实施例的效率提升了0.15%。

[0062] 实施例二：

[0063] 一种采用PECVD镀设减反膜的方法，包括如下步骤：

[0064] 石墨舟推进机台石英管内后，开始抽真空和升温，温度达到480度后，石英管内先通入10s的氨气和硅烷，使石英管内形成氨气和硅烷的氛围，10s后，变频RF电源功率调整到100KHZ，此时为间接法镀膜，等离子体的沉积受硅片表面的绒面均匀性影响较小，同时继续通入氨气和硅烷，电离氨气和硅烷在硅片表面沉积底层的氮化硅薄膜，持续300s后；变频RF电源功率调整到40KHZ，继续通入氨气和硅烷，此时为直接法镀膜，直接法镀膜时，等离子体受硅片表面绒面的均匀性影响较大，但由于已经硅片低层预先沉积了30nm左右的氮化硅做底层，所以此时利用直接法沉积氮化硅的均匀性基本不再受绒面的影响，同时直接法有利于H离子进入到硅片内部，增加了H钝化作用，持续500s后；关闭RF电源，同时停止通入氨气和硅烷，即可完成减反膜的镀设。

[0065] 对比例三

[0066] 根据中国发明专利201210133070.5公开的利用调频的方式改善高频放电等离子体均匀性的方法制备减反膜，具体参数参见其实施例一的内容。

[0067] 测试实施例二和对比例一至三得到的电池片的膜厚均匀性，结果如下：

[0068]Item 片1 片2 片3 片4 片5
实施例二 82.6 83.4 82.5 82.7 82.6
对比例一 81.6 84.5 86.5 82.5 84.2
对比例二 80.5 85.6 87.2 80.5 83.6
对比例三 82.6 87.9 83.1 87.2 83.2

[0069] 由上述对比可知，本发明可以大大改善减反膜的膜厚均匀性。

[0070] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。