矽片的清理方法及減反射膜的製備方法
2024-03-23 11:58:05 2
矽片的清理方法及減反射膜的製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種矽片的清理方法及減反射膜的製備方法。該清理方法包括：步驟S1，將矽片置於PECVD設備的工藝腔中進行預熱至預定溫度；步驟S2，向矽片的表面通入滷化氫氣體，並使滷化氫氣體發生等離子體化。在PECVD工藝腔中將滷化氫氣體等離子化，利用等離子體化的氫離子對矽片進行鈍化，去除矽片表面的氧化物；利用等離子體化的滷素離子與矽片表面的金屬離子進行反應形成氣態的金屬滷化物，所形成的金屬滷化物隨著未反應的滷化氫氣體排出PECVD工藝腔；上述清理方法在PECVD工藝腔中實施，因此不需要化學清洗所需的清洗設備和清洗藥劑；經過上述清理之後的矽片有效地避免了汙染物或氧化物對矽片產生的負面影響。
【專利說明】矽片的清理方法及減反射膜的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池領域，具體而言，涉及一種矽片的清理方法及減反射膜的 製備方法。
【背景技術】
[0002]作為清潔環保的新能源，太陽能電池的應用越來越普及。太陽能電池片的生產工 藝比較複雜，簡單說來，目前的太陽能電池片的生產過程可以分為以下幾個主要步驟:
[0003]步驟S11、表面制絨以及化學清洗矽片表面，通過化學反應在原本光滑的矽片表面 形成凹凸不平的結構，以增強光的吸收；
[0004]步驟S12、擴散制結，將P型的矽片放入擴散爐內，使N型雜質原子矽片表面層，通 過矽原子之間的空隙向矽片內部滲透擴散，形成PN結，使電子和空穴在流動後不再回到原 處，這樣便形成電流，也就是使矽片具有光伏效應；
[0005]步驟S13、等離子刻蝕，去除擴散過程中在矽片邊緣形成的將PN結短路的導電層；
[0006]步驟S14、PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition,等離子增強的 化學蒸發沉積)沉積減反射膜，即在真空腔室內，採用射頻或微波的方法，將HN3和SiH4離 子化之後沉積在矽片上，利用薄膜幹涉原理，減少光的反射，起到鈍化作用，增大電池的短 路電流和輸出功率，提高轉換效率；
[0007]步驟S15、印刷電極，採用銀漿印刷正電極和背電極，採用鋁漿印刷背場，以收集電 流並起到導電的作用；
[0008]步驟S16、燒結，在高溫下使印刷的電極與矽片之間形成歐姆接觸。
[0009]由上述步驟可以看出，沉積減反射膜的步驟一般在溼法刻蝕步驟後，因溼法刻蝕 設備與氮化矽鍍膜設備之間是由機械手連接，矽片必定暴露在空氣中，因此容易導致矽片 表面的沾汙和氧化，影響電池效率；另外，因生產中容易出現各種問題，很可能出現溼法刻 蝕後的矽片放置幾個小時甚至幾天的時間之後才能重新投入生產。目前，在製作氮化矽膜 之前，為了避免不良影響，一般採用HF溶液清洗矽片，該清洗過程不僅繁瑣而且還增加了 太陽能電池的生產成本。
【發明內容】
[0010]本發明旨在提供一種矽片的清理方法及減反射膜的製備方法，以解決現有技術中 矽片清理方法繁瑣的問題。
[0011]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種矽片的清理方法，清理方 法包括:步驟SI，將矽片置於PECVD設備的工藝腔中進行預熱至預定溫度；步驟S2，向矽片 的表面通入滷化氫氣體，並使滷化氫氣體發生等離子體化。
[0012]進一步地，上述步驟SI在氮氣氣氛中進行，預定溫度為150?250°C。
[0013]進一步地，上述滷化氫為HCl，HCl氣體的流量為200?2000sccm、溫度為250? 450°C，步驟S2持續的時間為10?500s，優選30?300s。[0014]進一步地，在上述步驟S2使滷化氫氣體發生等離子體化過程中施加脈衝寬度為 5?25ms、功率為800?2000W的微波。
[0015]進一步地，上述PECVD設備為板式PECVD設備或管式PECVD設備。
[0016]根據本發明的另一方面，提供了一種減反射膜的製作方法，該製作方法包括:採用 上述的清理方法清理矽片；在矽片的表面沉積減反射膜。
[0017]進一步地，上述減反射膜為氮化矽膜，沉積減反射膜的步驟採用PECVD工藝實施， 並與清理矽片的步驟在同一個PECVD設備中實施。
[0018]進一步地，上述沉積減反射膜的步驟包括向矽片的正表面通入流量比1.8:1? 4:1氨氣和矽烷。
[0019]進一步地，上述氨氣的流量為500?2000sccm，優選900?1800sccm，持續時間為 I?5min,沉積溫度為300?55CTC,沉積壓強為0.15?0.45mbar。
[0020]進一步地，上述設定PECVD設備所發出的微波的脈衝寬度為5?25ms、功率為 500 ?2000W。
[0021]應用本發明的技術方案，在PECVD工藝腔中將滷化氫氣體等離子化，利用等離子 體化的氫離子對矽片進行鈍化，去除矽片表面的氧化物，利用等離子體化的滷素離子與矽 片表面的金屬離子進行反應形成氣態的金屬滷化物，所形成的金屬滷化物隨著未反應的滷 化氫氣體排出PECVD工藝腔；上述清理方法在PECVD工藝腔中實施，只需設定程序即可，因 此不需要化學清洗所需的清洗設備和清洗藥劑，節約了清洗成本、簡化了清洗流程、減少了 化學藥劑的用量；經過上述清理之後的矽片，表面的氧化膜或汙染物被去除，進而在進行後 續的工藝加工步驟中有效地避免了汙染物或氧化物對矽片產生的負面影響。
[0022]除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。 下面將參照【具體實施方式】，對本發明作進一步詳細的說明。
【具體實施方式】
[0023]需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相 互組合。下面將結合實施例來詳細說明本發明。
[0024]在本發明一種典型的實施方式中，提供了一種矽片的清理方法，該清理方法包括: 步驟SI，將矽片置於PECVD設備的工藝腔中進行預熱至預定溫度；步驟S2，向矽片的表面通 入滷化氫氣體，並使滷化氫氣體發生等離子體化。
[0025]上述清理方法，在PECVD工藝腔中將滷化氫氣體等離子化，利用等離子體化的氫 離子對矽片進行鈍化，去除矽片表面的氧化物，利用等離子體化的滷素離子與矽片表面的 金屬離子進行反應形成氣態的金屬滷化物，所形成的金屬滷化物隨著未反應的滷化氫氣體 排出PECVD工藝腔；上述清理方法在PECVD工藝腔中實施，只需設定程序即可，因此不需要 化學清洗所需的清洗設備和清洗藥劑，節約了清洗成本、簡化了清洗流程、減少了化學藥劑 的用量；經過上述清理之後的矽片，表面的氧化膜或汙染物被去除，進而在進行後續的工藝 加工步驟中有效地避免了汙染物或氧化物對矽片產生的負面影響。
[0026]上述將矽片預熱主要是為了使矽片受熱均勻，進而使得後續在矽片表面形成均勻 的氮化矽膜，因此上述預定溫度只要能夠實現上述技術效果即可，本申請為了更好地將預 熱過程與等離子體化過程進行有效結合，優選上述步驟SI在氮氣氣氛中進行，預定溫度為150 ?250°C。
[0027]本發明通入的滷化氫氣體主要是為了與矽片表面的氧化物或汙染物發生反應，為 了保證矽片不會與滷化物發生過度反應，優選上述滷化氫氣體為HCl氣體，且優選上述HCl 氣體的流量為200?2000sccm、溫度為250?450°C，步驟S2持續的時間為10?500s，優 選 30 ?300s。
[0028]在等離子體化過程中，為了使適量的滷化氫氣體或HCl氣體發生等離子體化，在 儘量節約成本的基礎上實現較高的等離子體化效果，優選在上述步驟S2中使所述滷化氫 氣體發生等離子體化過程中施加脈衝寬度為5?25ms、功率為800?2000W的微波。
[0029]實施本申請的等離子體化的PECVD設備可以採用本領域常用的各種PECVD設備， 優選上述PECVD設備為板式PECVD設備或管式PECVD設備。
[0030]在本發明的另一種典型的實施方式中，提供了一種減反射膜的製作方法，該製作 方法包括:採用上述的清理方法清理矽片；在矽片的表面沉積減反射膜。採用上述清理方 法將矽片清理之後，矽片表面的氧化層或汙染物被去除，再沉積減反射膜之後，能夠提高減 反射膜的鈍化性能，進而能夠大大提升太陽能電池的短路電流和開路電壓，從而提升太陽 能電池的光電轉換效率。
[0031]本發明的減反射膜可以採用本領域常用的氮化矽膜、氧化矽膜或氮化矽與氧化矽 複合膜，優選上述減反射膜為氮化矽膜，沉積減反射膜的步驟採用PECVD工藝實施，且與清 理方法在同一個PECVD設備中實施。由於矽片的清理過程和減反射膜的沉積過程可以利用 同樣的設備進行實施，因此，本發明優選採用PECVD設備進行減反射膜的製作，從而進一步 簡化了現有技術利用化學藥劑清洗之後再製作減反射膜的製作工藝。
[0032]在本發明一種優選的實施方式中，上述沉積減反射膜的步驟包括向矽片的正表面 通入流量比1.8:1?4:1氨氣和矽烷。在上述條件下所形成的減反射膜的折射率在1.95?
2.18之間，因此減反射效果和鈍化效果都較為理想。
[0033]在利用上述方式控制減反射膜的折射率的基礎上，所述氨氣的流量為500? 2000sccm,優選900?1800sccm,持續時間為I?5min,沉積溫度為300?55CTC,沉積壓強 為 0.15 ?0.45mbar。
[0034]上述條件下所形成的減反射膜的厚度和密度均較為理想，進一步優化了減反射膜 的物理性能和鈍化效果。
[0035]在等離子體沉積過程中，為了使適量的氨氣和矽烷氣體發生等離子體化，在儘量 節約成本的基礎上實現較高的等離子體化效果，設定PECVD設備所發出的微波的脈衝寬度 為5?25ms、功率為500?2000W。
[0036]以下將結合實施例和對比例，進一步說明本法的有益效果。
[0037]將經過表面制絨、化學清洗、擴散制結、等離子刻蝕後在空氣中放置一段時間的矽 片進行實施例1至6的處理，具體處理過程如下:
[0038]實施例1
[0039]將上述矽片置於型號為Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，並向該工藝腔中 通入氮氣，設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為8ms、功率為1200W，然後將矽片預熱至 200°C，然後向矽片表面通入HCl氣體，其中該HCl氣體的流量為lOOOsccm，溫度為350°C， 持續250s後停止通入HCl和氮氣；接著設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為6ms、功率為1200W，沉積溫度為380°C，沉積壓強為0.25mbar,向矽片的正表面通入流量為1200sccm 的氨氣和流量為400sCCm的矽烷，持續3min後停止通入氨氣和矽烷，完成實施例1的減反 射膜的製備。
[0040]實施例2
[0041]將上述矽片置於型號為Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，並向該工藝腔中 通入氮氣，設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為5ms、功率為2000W，然後將矽片預熱至 2500C，然後向矽片表面通入HCl氣體，其中該HCl氣體的流量為200SCCm，溫度為450°C，持 續500s後停止通入HCl和氮氣；接著設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為10ms、功率為 1000W，沉積溫度為400°C，沉積壓強為0.35mbar,向矽片的正表面通入流量為1800sccm的 氨氣和流量為800Sccm的矽烷，持續Imin後停止通入氨氣和矽烷，完成實施例2的減反射 膜的製備。
[0042]實施例3
[0043]將上述矽片置於型號為Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，並向該工藝腔中 通入氮氣，設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為25ms、功率為800W，然後將矽片預熱至 150°C，然後向矽片表面通入HCl氣體，其中該HCl氣體的流量為2000sccm，溫度為250°C， 持續IOs後停止通入HCl和氮氣；接著設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為15ms、功率 為800W，沉積溫度為300°C，沉積壓強為0.45mbar,向矽片的正表面通入流量為900sccm的 氨氣和流量為500sCCm的矽烷，持續5min後停止通入氨氣和矽烷，完成實施例3的減反射 膜的製備。
[0044]實施例4
[0045]將上述矽片置於型號為Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，設定該板式PECVD 的微波的脈衝寬度為15ms、功率為1500W，然後將矽片預熱至220°C，然後向矽片表面通入 HCl氣體，其中該HCl氣體的流量為1500sccm，溫度為300°C，持續300s後停止通入HCl和 氮氣；接著設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為25ms、功率為500W，沉積溫度為550°C， 沉積壓強為0.15mbar,向矽片的正表面通入流量為1200sccm的氨氣和流量為400sccm的矽 烷，持續3min後停止通入氨氣和矽烷，完成實施例4的減反射膜的製備。
[0046]實施例5
[0047]將上述矽片置於型號為Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，設定該板式PECVD的 微波的脈衝寬度為8ms、功率為1200W，然後將矽片預熱至120°C，然後向矽片表面通入HCl 氣體，其中該HCl氣體的流量為2200SCCm，溫度為220°C，持續220s後停止通入HCl和氮氣； 接著設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為10ms、功率為2000W，沉積溫度為380°C，沉積壓 強為0.25mbar,向矽片的正表面通入流量為1200sccm的氨氣和流量為400sccm的矽烷，持 續3min後停止通入氨氣和矽烷，完成實施例5的減反射膜的製備。
[0048]對比例I
[0049]將上述矽片置於Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，設定該板式PECVD的微波 的脈衝寬度為6ms、功率為1200W，沉積溫度為380°C，沉積壓強為0.25mbar,向矽片的正表 面通入流量為1200sccm的氨氣和流量為400sccm的矽烷，持續3min後停止通入氨氣和矽 烷，完成對比例I的減反射膜的製備。
[0050]對比例2[0051]將上述矽片浸潰在質量百分含量為10%的HF溶液中，2min後取出，並採用去離子水清洗取出後的矽片，然後將清洗後的矽片置於氮氣氣氛中、在150°C下烘乾；接著將烘乾後的矽片置於Roth&Rau XL的板式PECVD工藝腔中，設定該板式PECVD的微波的脈衝寬度為6ms、功率為1200W，沉積溫度為380°C，沉積壓強為0.25mbar,向矽片的正表面通入流量為1200SCCm的氨氣和流量為300SCCm的矽烷，，持續3min後停止通入氨氣和矽烷，完成對比例2的減反射膜的製備。
[0052]將實施例1至5以及對比例I至2完成減反射膜製作後的矽片採用相同的工藝進行印刷電極和燒結，得到實施例1至5以及對比例I至2的太陽能電池片，採用Halm測試系統測試剛製備的太陽能電池片的開路電壓(Uoc)、短路電流(Isc)、串聯電阻(Rs)、並聯電阻(Rsh )、填充因子(FF )、轉換效率(Eta )，進而表徵太陽能電池片的光電轉換效率，測定結果見表1。
[0053]表1
[0054]
【權利要求】
1.一種矽片的清理方法，其特徵在於，所述清理方法包括:步驟S1，將矽片置於PECVD設備的工藝腔中進行預熱至預定溫度；步驟S2，向矽片的表面通入滷化氫氣體，並使所述滷化氫氣體發生等離子體化。
2.根據權利要求1所述的清理方法，其特徵在於，所述步驟SI在氮氣氣氛中進行，所述預定溫度為150~250°C。
3.根據權利要求1所述的清理方法，其特徵在於，所述滷化氫為HC1，所述HCl氣體的流量為200~2000sccm、溫度為250~450°C，所述步驟S2持續的時間為10~500s，優選 30 ~300so
4.根據權利要求1所述的清理方法，其特徵在於，在所述步驟S2使所述滷化氫氣體發生等離子體化過程中施加脈衝寬度為5~25ms、功率為800~2000W的微波。
5.根據權利要求1所述的清理方法，其特徵在於，所述PECVD設備為板式PECVD設備或管式PECVD設備。
6.一種減反射膜的製作方法，其特徵在於，所述製作方法包括:採用權利要求1至5中任一項所述的清理方法清理矽片；在所述矽片的表面沉積所述減反射膜。
7.根據權利要求6所述的製作方法，其特徵在於，所述減反射膜為氮化矽膜，所述沉積減反射膜的步驟採用PECVD工藝實施，並與所述清理矽片的步驟在同一個PECVD設備中實施。
8.根據權利要求7所述的製作方法，其特徵在於，所述沉積減反射膜的步驟包括向所述矽片的正表面通入流量比1.8:1~4:1氨氣和矽烷。
9.根據權利要求8所述的製作方法，其特徵在於，所述氨氣的流量為500~2000SCCm， 優選900~1800sccm，持續時間為I~5min，沉積溫度為300~550°C，沉積壓強為0.15~.0.45mbar。
10.根據權利要求6所述的製作方法，其特徵在於，設定所述PECVD設備所發出的微波的脈衝寬度為5~25ms、功率為500~2000W。
【文檔編號】H01L31/18GK103606594SQ201310588900
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】馬紅娜, 安海嬌, 趙學玲 申請人:英利能源（中國）有限公司