一种PECVD镀膜的气体控制方法以及设备

摘要

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其是涉及一种PECVD镀膜的气体控制方法以及设备。该方法包括如下步骤：将硅烷供气管路、氨气供气管路和笑气供气管路分别连接于PECVD的反应腔，并在每种供气管路上配置有一气体流量控制器；根据每层待镀的膜层结构设定硅烷、氨气和笑气三种气体的流量参数；气体流量控制器分别按照所设定的流量参数控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中。该方法通过气体流量控制器既能实现定量控制气体的流量，又能实现变量控制气体的流量，而且在镀膜时分别向PECVD的反应腔中通入氨气、硅烷和笑气三种气体，因此该方法生产的膜层结构具有较好的光学特性。

权利要求

1.一种PECVD镀膜的气体控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将硅烷供气管路、氨气供气管路和笑气供气管路分别连接于PECVD的反应腔，并在每种供气管路上配置有一气体流量控制器；

S2、根据每层待镀的膜层结构设定硅烷、氨气和笑气三种气体的流量参数；

S3、气体流量控制器分别按照所设定的流量参数控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中；

步骤S2中所述待镀的膜层结构包括非渐变膜层，所述非渐变膜层包括第一氮氧化硅膜层和第一氮化硅膜层，将所述第一氮化硅膜层沉积在所述第一氮氧化硅膜层之上；

所述第一氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:5～1:20:10；

所述第一氮化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷与氨气二者的流量比例设置为1:3～1:5；

所述非渐变膜层在生成时，所设定的每种气体的流量参数是固定值；

步骤S2中所述待镀的膜层结构还包括渐变膜层，所述渐变膜层包括第一氮化硅渐变膜层，将所述第一氮化硅渐变膜层沉积在所述第一氮化硅膜层之上；

所述第一氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:8～1:20:15；

所述渐变膜层在生成时，所设定的每种气体的流量参数是渐变值，所述渐变值按照特定斜率k呈线性变化，斜率k满足：K＝(Q1-Q2)/t

其中，Q1表示每层渐变前对应每种气体所需的流量，Q2表示每层渐变后对应每种气体所需的流量，t表示每层渐变过程所需时间。

2.根据权利要求1所述的PECVD镀膜的气体控制方法，其特征在于，所述非渐变膜层包括第二氮化硅膜层和第二氮氧化硅膜层，所述渐变膜层包括第二氮化硅渐变膜层，将所述第二氮化硅渐变膜层沉积在所述第二氮化硅膜层之上，将所述第二氮氧化硅膜层沉积在所述第二氮化硅渐变膜层之上；

所述第二氮化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷与氨气二者的流量比例设置为1:3～1:6；

所述第二氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:8～1:16:12；

所述第二氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:8:5～1:12:10。

3.根据权利要求1所述的PECVD镀膜的气体控制方法，其特征在于，所述非渐变膜层包括第三氮氧化硅膜层，所述渐变膜层包括第三氮化硅渐变膜层；将所述第三氮氧化硅膜层沉积在所述第三氮化硅渐变膜层之上；

所述第三氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:4:5～1:16:20；

所述第三氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:12:10～1:20:18。

4.根据权利要求1所述的PECVD镀膜的气体控制方法，其特征在于，步骤S3中还包括如下步骤：根据每层待镀的膜层结构设定所需工艺时间，气体流量控制器按照所设定的工艺时间控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中。

说明书

一种PECVD镀膜的气体控制方法以及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其是涉及一种PECVD镀膜的气体控制方法以及设备。

背景技术

[0002] 目前，晶体硅太阳电池行业普遍采用PEVCD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)方式制作出减反射膜，对应的管式PEVCD机台普遍所使用的特气为氨气和硅烷，由于机台只能定量供应氨气和硅烷的流量，不能变量控制，因此，传统的减反射膜通常为2到3层氮化硅膜层结构，此结构的反射率较高，且在抗PID(Potential Induced Degradation，高压诱导衰减效应)性能上无优势。

[0003] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种PECVD镀膜的气体控制方法以及设备，以解决现有技术中因特气供应种类单一、特气供应只能定量而导致所形成的膜层结构光学特性差的技术问题。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 第一方面，本发明提供一种PECVD镀膜的气体控制方法，其包括如下步骤：

[0007] S1、将硅烷供气管路、氨气供气管路和笑气供气管路分别连接于PECVD的反应腔，并在每种供气管路上配置有一气体流量控制器；

[0008] S2、根据每层待镀的膜层结构设定硅烷、氨气和笑气三种气体的流量参数；

[0009] S3、气体流量控制器分别按照所设定的流量参数控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中。

[0010] 作为一种进一步的技术方案，步骤S2中所述待镀的膜层结构包括非渐变膜层；所述非渐变膜层在生成时，所设定的每种气体的流量参数是固定值。

[0011] 作为一种进一步的技术方案，步骤S2中所述待镀的膜层结构还包括渐变膜层；所述渐变膜层在生成时，所设定的每种气体的流量参数是渐变值。

[0012] 作为一种进一步的技术方案，所述渐变值是按照特定斜率k呈线性变化，斜率k满足：

[0013] K＝(Q1-Q2)/t

[0014] 其中，Q1表示每层渐变前对应每种气体所需的流量，Q2表示每层渐变后对应每种气体所需的流量，t表示每层渐变过程所需时间。

[0015] 作为一种进一步的技术方案，所述非渐变膜层包括第一氮氧化硅膜层和第一氮化硅膜层，所述渐变膜层包括第一氮化硅渐变膜层，将所述第一氮化硅膜层沉积在所述第一氮氧化硅膜层之上，将所述第一氮化硅渐变膜层沉积在所述第一氮化硅膜层之上；

[0016] 所述第一氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:5～1:20:10；

[0017] 所述第一氮化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷与氨气二者的流量比例设置为1:3～1:5；

[0018] 所述第一氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:8～1:20:15。

[0019] 作为一种进一步的技术方案，所述非渐变膜层包括第二氮化硅膜层和第二氮氧化硅膜层，所述渐变膜层包括第二氮化硅渐变膜层，将所述第二氮化硅渐变膜层沉积在所述第二氮化硅膜层之上，将所述第二氮氧化硅膜层沉积在所述第二氮化硅渐变膜层之上；

[0020] 所述第二氮化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷与氨气二者的流量比例设置为1:3～1:6；

[0021] 所述第二氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:8～1:16:12；

[0022] 所述第二氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:8:5～1:12:10。

[0023] 作为一种进一步的技术方案，所述非渐变膜层包括第三氮氧化硅膜层，所述渐变膜层包括第三氮化硅渐变膜层；将所述第三氮氧化硅膜层沉积在所述第三氮化硅渐变膜层之上；

[0024] 所述第三氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:4:5～1:16:20；

[0025] 所述第三氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:12:10～1:20:18。

[0026] 作为一种进一步的技术方案，步骤S3中还包括如下步骤：

[0027] 根据每层待镀的膜层结构设定所需工艺时间，气体流量控制器按照所设定的工艺时间控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中。

[0028] 采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

[0029] 本发明提供一种PECVD镀膜的气体控制方法，通过气体流量控制器既能实现定量控制气体的流量，又能实现变量控制气体的流量，而且在镀膜时分别向PECVD的反应腔中通入氨气、硅烷和笑气三种气体，因此该方法生产的膜层结构具有较好的光学特性。

[0030] 第二方面，本发明还提供一种用于实现所述PECVD镀膜的气体控制方法的PECVD设备，其包括PECVD的反应腔和至少三条供气管路，每条供气管路分别与所述PECVD的反应腔连接，且在每条供气管路上设置有一气体流量控制器。

[0031] 进一步的，所述PECVD设备还包括供气装置，所述供气装置通过控制阀与每条供气管路连接。

[0032] 采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

[0033] 本发明提供一种PECVD设备，在PECVD的反应腔上至少连接三条供气管路，以保证能够单独供应氨气、硅烷和笑气三种气体，而且在供气管路上设置有一气体流量控制器，这样既能实现定量控制气体的流量，又能实现变量控制气体的流量。因此该设备生产的膜层结构具有较好的光学特性。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1为本发明实施例提的PECVD镀膜的气体控制方法的工作流程图。

具体实施方式

[0036] 下面将结合附图对本发明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做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。

[0037] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0038] 实施例一

[0039] 如图1所示，本实施例提供一种PECVD镀膜的气体控制方法，其包括如下步骤：

[0040] S1、将硅烷供气管路、氨气供气管路和笑气供气管路分别连接于PECVD的反应腔，并在每种供气管路上配置有一气体流量控制器，每种供气管路是独立设置的，也就说是，硅烷供气管路上对应安装有一气体流量控制器，氨气供气管路上安装有一气体流量控制器，笑气供气管路上安装有一气体流量控制器。

[0041] S2、根据每层待镀的膜层结构设定硅烷、氨气和笑气三种气体的流量参数。

[0042] 其中，所述待镀的膜层结构可以包括非渐变膜层，例如：氮化硅膜层和氮氧化硅膜层。这些所述非渐变膜层在生成时，所设定的每种气体的流量参数是固定值，即，气体流量控制器此时执行的功能是定量控制功能。

[0043] 其中，所述待镀的膜层结构还包括渐变膜层，例如：氮化硅渐变膜层；所述渐变膜层在生成时，所设定的每种气体的流量参数是渐变值，气体流量控制器此时执行的功能是变量控制功能。

[0044] 具体地，所述渐变值是按照特定斜率k呈线性变化，斜率k满足：

[0045] K＝(Q1-Q2)/t

[0046] 其中，Q1表示每层渐变前对应每种气体所需的流量，Q2表示每层渐变后对应每种气体所需的流量，t表示每层渐变过程所需时间。可以理解的是，渐变膜层的气体流量比非渐变膜层的流量设定，增加了一个斜率渐变计算和控制的过程，具体计算方法为：渐变前后步气体流量的差，除以渐变膜层的工艺时间设定，即流量差除以工艺时间，得出每步的气流流量变化值，该气体流量的变化导致硅烷、氨气和笑气之间配比的线性变化，配比的线性变化实现了折射率的渐变。即氨气、硅烷和笑气可定时、定量增大或减小，达到折射率可渐变控制的能力，折射率渐变最小间隔为0.001，常规工艺折射率渐变间隔是0.02，例如：氮化硅渐变膜层可形成一个由下向上折射率依次降低且无明显界限的渐变膜层。

[0047] S3、气体流量控制器分别按照所设定的流量参数控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中，例如：把需要的流量设定在机台控制系统里，控制系统再将信号传输给气体流量控制器，气体流量控制器根据设定的流量，给出对应的流量。此外，根据每层待镀的膜层结构设定所需工艺时间，气体流量控制器还可以按照所设定的工艺时间控制输入对应的气体至PECVD的反应腔中。

[0048] 可见，该方法通过气体流量控制器既能实现定量控制气体的流量，又能实现变量控制气体的流量，这样就可以设计多层渐变膜层，大大降低了反射率。而且由于新增笑气，可以在窗口层或底层设计一定厚度的氮氧化硅膜层，此膜层增加了抗PID的性能。

[0049] 下面，以几种具体的膜层结构来说明该方法对气体的控制过程。

[0050] 一、第一种膜层结构

[0051] 所述非渐变膜层包括第一氮氧化硅膜层和第一氮化硅膜层，所述渐变膜层包括第一氮化硅渐变膜层，将所述第一氮化硅膜层沉积在所述第一氮氧化硅膜层之上，将所述第一氮化硅渐变膜层沉积在所述第一氮化硅膜层之上；

[0052] 所述第一氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:5～1:20:10；其中，硅烷、氨气和笑气三者的流量比例优选是1:15:8。

[0053] 所述第一氮化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷与氨气二者的流量比例设置为1:3～1:5；其中，硅烷与氨气二者的流量比例优选是1:4。

[0054] 所述第一氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:8～1:20:15。其中，硅烷、氨气和笑气三者的流量比例优选是1:15:10。反应时间(斜率时间)控制范围50～400s，该时间优选为200s。

[0055] 二、第二种膜层结构

[0056] 所述非渐变膜层包括第二氮化硅膜层和第二氮氧化硅膜层，所述渐变膜层包括第二氮化硅渐变膜层，将所述第二氮化硅渐变膜层沉积在所述第二氮化硅膜层之上，将所述第二氮氧化硅膜层沉积在所述第二氮化硅渐变膜层之上；

[0057] 所述第二氮化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷与氨气二者的流量比例设置为1:3～1:6；其中，硅烷与氨气二者的流量比例优选为1:4。

[0058] 所述第二氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:10:8～1:16:12；其中，硅烷、氨气和笑气三者的流量比例优选是1:12:10，反应时间(斜率时间)控制范围50～200s，优选是150s。

[0059] 所述第二氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:8:5～1:12:10。其中，硅烷、氨气和笑气三者的流量比例优选是1:10:6。

[0060] 三、第三种膜层结构

[0061] 所述非渐变膜层包括第三氮氧化硅膜层，所述渐变膜层包括第三氮化硅渐变膜层；将所述第三氮氧化硅膜层沉积在所述第三氮化硅渐变膜层之上；

[0062] 所述第三氮化硅渐变膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:4:5～1:16:20；其中，硅烷、氨气和笑气三者的流量比例优选为1:8:10。反应时间(斜率时间)控制范围200～600s，优选为400s。

[0063] 所述第三氮氧化硅膜层在生成时，其对应的各种气体的流量参数需满足如下的比例关系：所述硅烷、氨气和笑气三者的流量比例设置为1:12:10～1:20:18。其中，硅烷、氨气和笑气三者的流量比例优选为1:15:12。

[0064] 下表为按照这三种膜层结构制成的多晶硅太阳电池的电性能参数。

[0065]分类 EFF Uoc Isc FF Rs Rsh
对比组 18.83％ 636.2 9.057 80.28 1.60 233
第一种 18.93％ 636.7 9.116 80.12 1.73 484
第二种 18.95％ 637.1 9.110 80.22 1.67 581
第三种 18.93％ 636.2 9.121 80.12 1.71 328

[0066] 其中，EFF为光电转换效率，Uoc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻。从测试所得的电性能参数可见：

[0067] 第一种：较之对比组而言，光电转换效率提升0.10％，电性能参数主要体现在Uoc提升0.5mV，Isc提升59mA。

[0068] 第二种：较之对比组而言，光电转换效率提升0.12％，电性能参数主要体现在Uoc提升0.9mV，Isc提升53mA。

[0069] 第三种：较之对比组而言，光电转换效率提升0.10％，电性能参数主要体现在Isc提升64mA。

[0070] 值得说明的是，上述对比组所使用的太阳电池采用传统的减反射膜制成，该传统的减反射膜采用3层氮化硅膜层结构，每层氮化硅膜层结构折射率固定，底层折射率通常选取大于等于2.18的某个值，中间层折射率通常选取大于等于2.05的某个值，最外层折射率为2.0。通过对比，实施例中的第一种、第二种和第三种膜层结构所体现出的性能均优于对比组。

[0071] 实施例二

[0072] 本实施例二提供一种用于实现实施例一所述PECVD镀膜的气体控制方法的PECVD设备，其包括PECVD的反应腔和至少三条供气管路，以保证能够单独供应氨气、硅烷和笑气三种气体，每条供气管路分别与所述PECVD的反应腔连接，且在每条供气管路上设置有一气体流量控制器，这样既能实现定量控制气体的流量，又能实现变量控制气体的流量。因此该设备生产的膜层结构具有较好的光学特性。

[0073] 除此之外，该PECVD设备还包括其他相关基本部件。

[0074] 例如：该PECVD设备还包括供气装置，所述供气装置通过控制阀与每条供气管路连接。

[0075] 又例如：该PECVD设备还包括抽真空装置，该抽真空装置可实现对PECVD的反应腔进行抽真空操作。

[0076] 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。