專利名稱：氮化硅膜沉積設備和沉積方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池領域，具體而言，涉及一種氮化硅膜沉積設備和沉積方法。
背景技術：
在多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)過程中，需要對擴散后的硅片表面沉積一層減反射膜以減少太陽光在硅片表面發(fā)生的反射。氮化硅薄膜具有高的化學穩(wěn)定性、高電阻率、絕緣性好、硬度高、光學性能良好等特性，在太陽能電池上得到廣泛的應用。作為減反射膜，氮化硅薄膜具有良好的光學性能，其折射率在2. O左右，比傳統(tǒng)的二氧化硅減反射膜具有更好的減反射效果；同時，氮化硅薄膜還具有良好的鈍化效果，對質(zhì)量較差的硅片能起到表面和體內(nèi)的鈍化作用，這里的鈍化是指使一些原子或分子與硅片表面缺陷處的不飽和化學鍵相結(jié)合，降低少數(shù)載流子在該缺陷處的復合幾率?，F(xiàn)有技術中，用板式PECVD (等離子增強化學氣相沉積)在太陽能電池表面沉積氮 化硅膜的方法有很多，包括形成單層膜或多層膜。當形成多層膜時，工藝流程是在一個反應腔內(nèi)，按照裝載、加熱、沉積、冷卻、卸載的流程重復多次，從而完成多層氮化硅膜的沉積。這樣的工藝流程存在下列缺點I)流程重復，耗時較長，不適合大規(guī)模生產(chǎn)；2)在一個反應腔內(nèi)多層膜的沉積工藝相同，不能達到很好的減反射效果，如果在不同膜層沉積之間更換或改變工藝，則會使多層膜對應的工藝氣體相互干擾，而且生產(chǎn)頻繁中斷，不太現(xiàn)實；3)在不同膜層沉積之間，太陽能電池的硅片與外部空氣有接觸，會將空氣中的雜質(zhì)帶入到太陽能電池中，影響太陽能電池的電性能。針對現(xiàn)有技術中太陽能電池表面沉積氮化硅膜的工藝穩(wěn)定性和可控性較差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氮化硅膜沉積設備和沉積方法，以解決現(xiàn)有技術中太陽能電池表面沉積氮化硅膜的工藝穩(wěn)定性和可控性較差的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氮化硅膜沉積設備，包括兩個或兩個以上的反應腔，以及連接在反應腔之間的緩沖腔，反應腔與緩沖腔之間形成真空連接。進一步地，反應腔通過管道與真空泵相連接。進一步地，反應腔內(nèi)設置有壓力計。進一步地，反應腔與緩沖腔之間安裝有連接法蘭，連接法蘭上設置有密封圈。進一步地，氮化硅膜沉積設備還包括用于在反應腔和緩沖腔內(nèi)傳輸硅片基體的載體，該載體為石墨舟，石墨舟設有滾輪，并通過傳動軸與電機驅(qū)動連接。進一步地，沉積設備的上游端設置有加熱腔，沉積設備的下游端設置有冷卻腔。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種氮化硅膜沉積方法，包括以下步驟將硅片基體送入上述的氮化硅膜沉積設備，使得硅片基體連續(xù)通過反應腔以及反應腔之間的緩沖腔，在硅片基體上沉積多層氮化硅膜。進一步地，在反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積生成氮化硅膜。進一步地，反應腔包括第一反應腔和第二反應腔，在第一反應腔內(nèi)氨氣和硅烷的體積比為I : I I. 5 : I。進一步地，在第一反應腔內(nèi)氣體總量為800 lOOOsccm，微波功率為3500 4500W，溫度為350 400°C，壓強為O. 28 O. 3mbar，硅片傳輸速度為175 185cm/min。進一步地，在第二反應腔內(nèi)氨氣和硅烷的體積比為3 I 3. 5 1，氣體總量為2000 2500sccm，微波功率為4200 5200W，溫度為350 400°C，壓強為O. 28 O. 3mbar,娃片傳輸速度為175 185cm/min。應用本發(fā)明技術方案的氮化硅膜沉積設備和沉積方法，在多個反應腔內(nèi)分步生成多層厚度和折射率不同的氮化硅膜，能夠在保證鈍化效果的前提下進一步降低硅片表面光反射率；多個反應腔互不干擾，能夠保證沉積過程穩(wěn)定運行；多個反應腔之間采用緩沖腔連接，能夠保證整個沉積過程在真空條件下進行，從而避免了與外部空氣接觸引入雜質(zhì)。本發(fā)明提供的氮化硅膜的沉積設備和沉積方法，工藝穩(wěn)定性、可控性良好，制備得到的多層氮化硅膜不僅可以有效地減少硅片基底表面的界面態(tài)缺陷密度，降低光生載流子在硅片基底表面復合的幾率，保證鈍化效果，而且能降低表面光反射率，增加對太陽光的吸收，提高太陽能電池的短路電流，從而提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，適宜廣泛應用于大規(guī)模生產(chǎn)中。


構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的氮化硅膜沉積設備的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明，但如下實施例僅是用以理解本發(fā)明，而不能限制本發(fā)明，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合，本發(fā)明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。在本發(fā)明的一種典型實施方式中，氮化硅膜沉積設備包括兩個或兩個以上的反應腔，以及連接在反應腔之間的緩沖腔，其中，反應腔與緩沖腔之間形成真空連接。多個反應腔的設置，可以分步生成多層厚度和折射率不同的氮化硅膜，能夠在保證鈍化效果的前提下進一步降低硅片表面光反射率；而且，多個反應腔通過緩沖腔相互分離、互不干擾，能夠保證沉積過程穩(wěn)定運行；反應腔與緩沖腔之間形成真空連接，能夠保證整個沉積過程在真空條件下進行，從而避免了與外部空氣接觸引入雜質(zhì)。本發(fā)明實施方式制備得到的多層氮化硅膜不僅可以有效地減少硅片基底表面的界面態(tài)缺陷密度，降低光生載流子在硅片基底表面復合的幾率，保證鈍化效果，而且能降低表面光反射率，增加對太陽光的吸收，提高太陽能電池的短路電流(Isc)，從而提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。在一種優(yōu)選的實施方式中，多個反應腔分別通過管道與真空泵相連接，在氮化硅膜沉積設備的運行過程中，通過真空泵的工作，保證密封的多個反應腔內(nèi)一定的真空度，從而實現(xiàn)氮化硅膜沉積時所需要的真空環(huán)境，避免雜質(zhì)的引入。在一種優(yōu)選的實施方式中，各反應腔內(nèi)設置有壓力計，用來實時監(jiān)測反應腔內(nèi)的真空度，以實現(xiàn)對氮化硅膜沉積的真空環(huán)境的實時監(jiān)控。在一種優(yōu)選的實施方式中，反應腔與緩沖腔之間安裝有連接法蘭，連接法蘭上設置有密封圈。通過連接法蘭的對接，實現(xiàn)反應腔與緩沖腔之間的連通，并且通過設置密封圈，保證了反應腔與緩沖腔之間的真空密封連接，從而確保了氮化硅膜沉積的整個反應體系的真空環(huán)境。在一種優(yōu)選的實施方式中，氮化硅膜沉積設備還包括用于在反應腔和緩沖腔內(nèi)傳輸硅片基體的載體，該載體是石墨舟，石墨舟是石墨材料制成的由正方型網(wǎng)格組成的平面載體(網(wǎng)格數(shù)量一般有5X5、5X9和5X11三種)，每個網(wǎng)格內(nèi)都剛好能放置一片娃片基體。反應腔或緩沖腔內(nèi)兩側(cè)都裝有相對稱的幾組滾輪，石墨舟兩側(cè)架設于滾輪上，滾輪通過傳動軸與腔體外部的電機驅(qū)動連接。具體地，在腔體外部，各傳動軸之間以及與電機的輸出軸之間由皮帶相連，當電機工作時，通過皮帶驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動，進而帶動反應腔或緩沖腔內(nèi) 滾輪的轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動石墨舟將硅片基體向前傳輸。具體地，可以通過PLC(可編程邏輯控 制器)控制電機的轉(zhuǎn)速，進而控制石墨舟的傳輸速度。通過應用PLC自動控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)對硅片基體傳輸速度的精確控制。在一種優(yōu)選的實施方式中，沉積設備的上游端設置有加熱腔，沉積設備的下游端設置有冷卻腔。通過設置加熱腔和冷卻腔，實現(xiàn)對氮化硅膜沉積前硅片基體加熱升溫環(huán)境以及沉積后冷卻降溫環(huán)境的控制和優(yōu)化，進一步增強了沉積工藝的穩(wěn)定性和可控性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，氮化硅膜沉積方法的典型實施方式包括以下步驟將硅片基體送入上述的氮化硅膜沉積設備，使得硅片基體連續(xù)通過反應腔以及反應腔之間的緩沖腔，在硅片基體上沉積多層氮化硅膜。通過在多個相互分離、互不干擾的反應腔內(nèi)分步生成多層厚度和折射率不同的氮化硅膜，能夠最大程度地發(fā)揮氮化硅膜鈍化和減反射的雙重效果；而且，整個沉積反應過程的真空環(huán)境，有效地避免了外部雜質(zhì)的引入。在一種優(yōu)選的實施方式中，在各個反應腔內(nèi)采用PECVD(等離子增強化學氣相沉積)法沉積生成氮化硅膜。PECVD法能夠高效地在硅片基體表面上生成致密、均勻的氮化硅膜，工藝的可控性和穩(wěn)定性優(yōu)良。在一種具體的實施方式中，反應腔包括第一反應腔和第二反應腔，其中，第一反應腔內(nèi)原料氣體氨氣和硅烷的體積比為I : I I. 5 : I，氣體總量為800 lOOOsccm，微波功率為3500 4500W，溫度為350 400°C，壓強為O. 28 O. 3mbar，硅片傳輸速度為175 185cm/min ;第二反應腔內(nèi)氨氣和硅烷的體積比為3 I 3. 5 1，氣體總量為2000 2500sccm,微波功率為4200 5200W，溫度為350 400°C，壓強為O. 28 O. 3mbar,硅片傳輸速度為175 185cm/min。通過在第一反應腔和第二反應腔內(nèi)設置不同的原料氣配比以及不同的工藝參數(shù)，可以制得兩層厚度、折射率不同的氮化硅膜，從而能夠在保證鈍化效果的前提下進一步降低硅片表面光反射率。實施例I將依次經(jīng)過表面腐蝕、擴散、去磷硅玻璃的硅片基體放置在5X5的石墨舟上，開啟驅(qū)動電機，將硅片基體依次傳輸經(jīng)過沉積設備的加熱腔、第一反應腔、緩沖腔、第二反應腔、冷卻腔，硅片傳輸速度為180cm/min。在第一反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積第一層氮化硅膜，其中，氨氣和硅烷的體積比為I : 1，氣體總量為800SCCm，微波功率為3500W，溫度為350°C，壓強為O. 28mbar ;在第二反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積第二層氮化硅膜，其中，氨氣和硅烷的體積比為3 I，氣體總量為2000sccm，微波功率為4200W，溫度為400°C，壓強為O. 3mbar。沉積完成后，測試得到第一層氮化硅膜的厚度為30nm，折射率為2. 2 ;第二層氮化硅膜的厚度為50nm，折射率為2 ;雙層氮化硅膜的整體厚度為80nm，整體折射率為2. 08。測試具有上述雙層氮化硅膜沉積的太陽能電池的短路電流，測得短路電流為8. 51A。實施例2
將依次經(jīng)過表面腐蝕、擴散、去磷硅玻璃的硅片基體放置在5X5的石墨舟上，開啟驅(qū)動電機，將硅片基體依次傳輸經(jīng)過沉積設備的加熱腔、第一反應腔、緩沖腔、第二反應腔、冷卻腔，硅片傳輸速度為175cm/min。在第一反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積第一層氮化硅膜，其中，氨氣和硅烷的體積比為1.5 1，氣體總量為lOOOsccm，微波功率為4500W，溫度為400°C，壓強為O. 3mbar ;在第二反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積第二層氮化硅膜，其中，氨氣和硅烷的體積比為3. 5 1，氣體總量為2500sccm，微波功率為5200W，溫度為350°C，壓強為 O. 28mbar。沉積完成后，測試得到第一層氮化硅膜的厚度為35nm，折射率為2. 3 ;第二層氮化硅膜的厚度為60nm，折射率為2. 05 ;雙層氮化硅膜的整體厚度為95nm，整體折射率為2. 14。測試具有上述雙層氮化硅膜沉積的太陽能電池的短路電流，測得短路電流為8. 48A。實施例3將依次經(jīng)過表面腐蝕、擴散、去磷硅玻璃的硅片基體放置在5X5的石墨舟上，開啟驅(qū)動電機，將硅片基體依次傳輸經(jīng)過沉積設備的加熱腔、第一反應腔、緩沖腔、第二反應腔、冷卻腔，硅片傳輸速度為185cm/min。在第一反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積第一層氮化硅膜，其中，氨氣和硅烷的體積比為1.2 1，氣體總量為900SCCm，微波功率為4000W，溫度為380°C，壓強為O. 29mbar ;在第二反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積第二層氮化硅膜，其中，氨氣和硅烷的體積比為3. 2 1，氣體總量為2250sccm，微波功率為4800W，溫度為370°C，壓強為O. 29mbar。沉積完成后，測試得到第一層氮化硅膜的厚度為30nm，折射率為2. 24 ;第二層氮化硅膜的厚度為56nm，折射率為2. 06 ;雙層氮化硅膜的整體厚度為86nm，整體折射率為2. 12。測試具有上述雙層氮化硅膜沉積的太陽能電池的短路電流，測得短路電流為8. 5A0對比例將依次經(jīng)過表面腐蝕、擴散、去磷硅玻璃的硅片基體送入單一的一個反應腔內(nèi)，按照裝載、加熱、沉積、冷卻、卸載的流程重復兩次，完成雙層氮化硅膜的沉積。測試具有上述雙層氮化硅膜沉積的太陽能電池的短路電流，測得短路電流為8. 45A。從以上實施例及對比例的測試數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明實施例I至3的沉積工藝得到的氮化硅膜的整體折射率均略大于2. O，這樣的折射率具有良好的減反射的光學效果；本發(fā)明實施例I至3的太陽能電池相比較于對比例的太陽能電池，具有更高的短路電流，而短路電流的大小直接反映了硅片表面減反射效果的好壞，因此，本發(fā)明實施例的沉積工藝得到的氮化硅膜具有更好的減反射效果，有利于獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種氮化硅膜沉積設備，其特征在于，包括兩個或兩個以上的反應腔，以及連接在所述反應腔之間的緩沖腔，所述反應腔與所述緩沖腔之間形成真空連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的沉積設備，其特征在于，所述反應腔通過管道與真空泵相連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的沉積設備，其特征在于，所述反應腔內(nèi)設置有壓力計。
4.根據(jù)權利要求2所述的沉積設備，其特征在于，所述反應腔與所述緩沖腔之間安裝有連接法蘭，所述連接法蘭上設置有密封圈。
5.根據(jù)權利要求I所述的沉積設備，其特征在于，還包括用于在所述反應腔和所述緩沖腔內(nèi)傳輸硅片基體的載體，所述載體為石墨舟，所述石墨舟設有滾輪，并通過傳動軸與電機驅(qū)動連接。
6.根據(jù)權利要求I至5中任一項所述的沉積設備，其特征在于，所述沉積設備的上游端設置有加熱腔，所述沉積設備的下游端設置有冷卻腔。
7.一種氮化硅膜沉積方法，其特征在于，包括以下步驟將硅片基體送入如權利要求I至6中任一項所述的氮化硅膜沉積設備，使得所述硅片基體連續(xù)通過所述反應腔以及所述反應腔之間的所述緩沖腔，在所述硅片基體上沉積多層氮化硅膜。
8.根據(jù)權利要求7所述的沉積方法，其特征在于，在所述反應腔內(nèi)采用PECVD法沉積生成氮化娃膜。
9.根據(jù)權利要求7所述的沉積方法，其特征在于，所述反應腔包括第一反應腔和第二反應腔，在所述第一反應腔內(nèi)氨氣和娃燒的體積比為I : I I. 5 : I。
10.根據(jù)權利要求9所述的沉積方法，其特征在于，在所述第一反應腔內(nèi)氣體總量為800 IOOOsccm,微波功率為3500 4500W,溫度為350 400°C，壓強為O. 28 O. 3mbar,娃片傳輸速度為175 185cm/min。
11.根據(jù)權利要求9所述的沉積方法，其特征在于，在所述第二反應腔內(nèi)氨氣和硅烷的體積比為3 I 3. 5 1，氣體總量為2000 2500sccm，微波功率為4200 5200W，溫度為350 40CTC,壓強為O. 28 O. 3mbar,娃片傳輸速度為175 185cm/min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氮化硅膜沉積設備和沉積方法，該氮化硅膜沉積設備包括兩個或兩個以上的反應腔，以及連接在反應腔之間的緩沖腔，反應腔與緩沖腔之間形成真空連接。該氮化硅膜沉積方法包括以下步驟將硅片基體送入上述的氮化硅膜沉積設備，使得硅片基體連續(xù)通過反應腔以及反應腔之間的緩沖腔，在硅片基體上沉積多層氮化硅膜。通過在多個反應腔內(nèi)分步生成多層厚度和折射率不同的氮化硅膜，能夠在保證鈍化效果的前提下進一步降低硅片表面光反射率；多個反應腔互不干擾，能夠保證沉積過程穩(wěn)定運行；多個反應腔之間采用緩沖腔連接，能夠保證整個沉積過程在真空條件下進行，從而避免了與外部空氣接觸引入雜質(zhì)。
文檔編號C23C16/44GK102817011SQ201210327690
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者解占壹, 劉海金, 劉偉 申請人:英利能源(中國)有限公司