一種pecvd系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種PECVD系統(tǒng)，包括工藝鍍膜腔、傳輸腔、進片/出片腔，所述PECVD系統(tǒng)還包括氮氣箱，所述氮氣箱中設(shè)置有硅片裝載/卸載平臺，所述硅片裝載/卸載平臺對應(yīng)于所述進片/出片腔并與其相連，所述PECVD系統(tǒng)用于異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的制備，該系統(tǒng)能使得硅片在PECVD制程前后都處于氮氣的保護之中，防止環(huán)境中氧氣、水汽及雜質(zhì)污染對晶硅以及非晶硅表面的污染，同時，本發(fā)明可以使得硅片的載板維持高溫傳輸，減少升溫和降溫帶來的時間浪費。
【專利說明】
一種PECVD系統(tǒng)[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于制備該種電池的PECVD系統(tǒng)。
[0002]技術(shù)背景:薄膜/晶硅異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池屬于第三代高效太陽能電池技術(shù)，它結(jié)合了第一代單晶硅與第二代硅薄膜的優(yōu)勢，具有轉(zhuǎn)換效率高、溫度系數(shù)低等特點，有著廣闊的市場前景，將引領(lǐng)整個硅基太陽能電池的發(fā)展方向。
[0003]不同于傳統(tǒng)晶硅電池所采用的擴散方法制備PN結(jié)，異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的PN 結(jié)是在硅片表面制備，因此其對硅片表面的潔凈程度要求特別高，這就要求在異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的生產(chǎn)過程中，特別在某些相關(guān)的重要步驟中，如:在PECVD鈍化層I層制備之前、鈍化層I層與摻雜層N層或者P層的制備之間，所涉及的硅片表面需要嚴格保護，防止外界環(huán)境中的氧、水汽或者其它雜質(zhì)污染對電池的發(fā)電效率造成波動。
[0004]不同于傳統(tǒng)的非晶硅電池制備的本征層I層及摻雜層P或N層的約200-300nm厚度，異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的非晶硅鈍化層I層、摻雜層N層或者P層的厚度非常薄，僅為 5-10nm左右，這使得制備薄膜的等離子體工藝時間非常短，而工業(yè)上為了降低成本，提高產(chǎn)能，勢必會相應(yīng)縮短其他步驟的時間來更好的匹配薄膜等離子體工藝時間，這些其他步驟的時間包括了:PECVD設(shè)備的抽真空、破真空、裝載卸載硅片、傳片以及硅片預(yù)熱的時間。同時，由于異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的一面I/N層和另一面I/P層的獨特結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)上為了防止工藝交叉污染，通常需要將I/P/N層的制備在不同的工藝鍍膜腔中進行，此時，如何實現(xiàn)最快的節(jié)拍時間成為人們關(guān)注的一個重要問題。
[0005]在現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的工業(yè)產(chǎn)線上，特別是PECVD工藝段上，硅片及其載板的進出溫度都有著嚴格的要求:(1)出片前，載板及硅片需在出片腔(Loadlock out)中冷卻到一定溫度，才能打開閥門進入大氣環(huán)境中；(2)進片時，也需在一定溫度以下，才可在載板上放置新鮮硅片。之所以要嚴格控制硅片及載板的溫度，主要是因為晶硅或非晶硅表面在高溫下易受外界環(huán)境的干擾，從而對電池效率產(chǎn)生不利的影響。另外，冷卻的載板及硅片進入PECVD工藝鍍膜腔室后，需要加熱到一定的溫度，才能進行等離子鍍膜工藝。以上這些工業(yè)步驟中涉及反復(fù)的冷卻、加熱過程，耗費了產(chǎn)線的工作時間，降低了生產(chǎn)節(jié)拍，不利于產(chǎn)能的增加和電池成本的降低。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種PECVD系統(tǒng)，通過在該PECVD系統(tǒng)中設(shè)置氮氣箱的方式，使得硅片在PECVD制程前后都處于氮氣的保護之中，防止環(huán)境中氧氣、水汽及雜質(zhì)污染對晶硅以及非晶硅表面的污染，同時，利用該氮氣箱的保護，硅片的載板可以維持在高溫傳輸，減少了升溫和降溫帶來的時間浪費。
[0007]為了達到以上目的，本發(fā)明提供了一種PECVD系統(tǒng)，包括工藝鍍膜腔、傳輸腔、進片/出片腔，所述PECVD系統(tǒng)還包括氮氣箱，所述氮氣箱中設(shè)置有硅片裝載/卸載平臺，所述硅片裝載/卸載平臺對應(yīng)于所述進片/出片腔并與其相連，所述PECVD系統(tǒng)用于異質(zhì)結(jié)娃基太陽能電池的制備。
[0008]可選地，所述氮氣箱內(nèi)設(shè)置有加熱裝置，使得硅片在進入所述進片腔前溫度達到預(yù)設(shè)溫度，所述預(yù)設(shè)溫度應(yīng)與所述工藝鍍膜腔內(nèi)的工藝溫度相匹配。
[0009]可選地，所述加熱裝置為多層結(jié)構(gòu)，其層數(shù)應(yīng)大于等于所述加熱裝置對硅片進行加熱的時間與所述工藝鍍膜腔內(nèi)鍍膜時間的比。
[0010]可選地，所述氮氣箱充入的氮氣純度在99.99%以上。
[0011]可選地，所述氮氣箱的濕度彡10%。
[0012]可選地，所述氮氣箱的溫度根據(jù)工藝鍍膜腔溫度進行調(diào)節(jié)。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:1，通過在該PECVD系統(tǒng)中設(shè)置氮氣箱的方式，使得硅片在PECVD工藝制程前后都處于氮氣的保護之中，能夠避免硅片在高溫時容易受到氧氣、水汽及雜質(zhì)的污染的問題，同時， 利用該氮氣箱的保護，硅片的載板可以維持在高溫傳輸，減少了升溫和降溫帶來的時間浪費。
[0014]2,在可選方案中，在氮氣箱中設(shè)置有加熱裝置，一方面能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中在 PECVD工藝鍍膜腔內(nèi)因為自身加熱所引起的硅片表面揮發(fā)物易存于腔內(nèi)而無法去除干凈的問題，另一方面也節(jié)省了硅片因在PECVD工藝鍍膜腔內(nèi)進行加熱所消耗的時間，從而使硅片在工藝鍍膜腔內(nèi)能最大程度上地進行等離子體的沉積工藝，提高設(shè)備產(chǎn)能。
[0015]3,在可選方案中，氮氣箱中的加熱裝置為多層結(jié)構(gòu)，使得鍍膜時間與加熱時間更好的匹配，優(yōu)化整個生產(chǎn)過程的時間節(jié)拍，進一步節(jié)省硅片的等待時間，提高設(shè)備產(chǎn)能，降低設(shè)備成本。
[0016]4,本發(fā)明中個，當?shù)獨庀渲谐淙氲牡獨鉃闊o油、無雜質(zhì)的氮氣、純度多99.99%以上、濕度< 10%時，硅片載板在氮氣箱中的升溫降溫速度會更加緩慢，更加有助于維持載板的高溫傳輸。
[0017]5,在可選方案中，氮氣箱的溫度可以根據(jù)工藝鍍膜腔的溫度調(diào)節(jié)，從而能更好地保證托盤在穩(wěn)定的溫度下運行。
[0018]【附圖說明】:圖1是本發(fā)明中第一實施例的PECVD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明中第二實施例的PECVD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]【具體實施方式】:為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0021]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方法來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0022]第一實施例:圖1所示為本發(fā)明中第一實施例的PECVD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該PECVD系統(tǒng)為一 U型結(jié)構(gòu)，用于制備異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池。如圖1所示，硅片進入進片腔101后會按順序依次通過工藝鍍膜腔104、傳輸腔103、工藝鍍膜腔104和出片腔102,其中兩個工藝鍍膜腔104為雙開口設(shè)計，即從一端進片從另一端出片，所述兩個工藝鍍膜腔104中進行的工藝為PECVD鍍膜工藝，所沉積的薄膜可以為I層非晶硅、P層非晶硅、N層非晶硅中的任意一層，此處不做限制。所述PECVD系統(tǒng)還包括氮氣箱105,且在所述氮氣箱105中設(shè)置有硅片裝載平臺 115及硅片卸載平臺125,所述硅片裝載平臺115對應(yīng)于所述進片腔101并與其相連，所述硅片卸載平臺125對應(yīng)于所述出片腔102并與其相連。所述硅片裝載平臺115和硅片卸載平臺125可以通過安裝吸盤的方式自動地在載板上放置和取回硅片，同時硅片裝載/卸載平臺還可用于存儲更多的硅片。
[0023]需要指出的，所述硅片裝載/卸載平臺與所述進片/出片腔的連接端口一定位于氮氣箱內(nèi)，這樣當硅片從出片腔102取出至卸載平臺125時，高溫的硅片因處于氮氣環(huán)境中可以直接取出而無需等待。而在現(xiàn)有技術(shù)中，所述硅片卸載平臺位于大氣環(huán)境中，由于硅片在高溫狀態(tài)下很容易被氧化及受到其它污染物的影響，所以硅片從出片腔中取出前必須先進行冷卻，即必須等待一段時間直至溫度下降到一定程度后方可取出，這對于沉膜工藝時間非常短的異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池而言成為影響其產(chǎn)能的瓶頸。因此，本發(fā)明中，通過采用在PECVD系統(tǒng)中增加氮氣箱的設(shè)計可以避免硅片在時間等待上的浪費，從而增加產(chǎn)能。同樣的道理，高溫硅片也可以直接從裝載平臺115進入進片腔101，而無需等到后續(xù)制程中再進行升溫。綜合前述兩個裝載及卸載硅片的過程可以看出，由于在該PECVD系統(tǒng)中引入了氮氣箱，可以省略硅片及其載板的升溫及降溫過程，同時，當一批硅片完成該工作循環(huán)而從載板取出后，載板也仍然保持了原來較高的溫度，可以更容易地進入后續(xù)的循環(huán)工作，而不必重新開始從低溫升至高溫，有效地節(jié)省了工作時間，提高設(shè)備產(chǎn)能。
[0024]在某些可選方案中，所述氮氣箱105內(nèi)設(shè)置有加熱裝置135，具體可參見圖1所示， 使得硅片在進行PECVD工藝制程前進行能夠在氮氣箱內(nèi)完成預(yù)加熱，這樣做一方面能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中在PECVD工藝鍍膜腔內(nèi)因為自身加熱所引起的硅片表面揮發(fā)物易存于腔內(nèi)而無法去除干凈的問題，另一方面也節(jié)省了硅片因在PECVD工藝鍍膜腔內(nèi)進行加熱所消耗的時間，從而使硅片在工藝鍍膜腔內(nèi)能最大程度上地進行等離子體的沉積工藝，提高設(shè)備產(chǎn)能。
[0025]所述加熱裝置135加熱溫度的高低通常應(yīng)由硅片在進入進片腔前需達到的預(yù)設(shè)溫度所決定，所述預(yù)設(shè)溫度應(yīng)與所述工藝鍍膜腔內(nèi)的工藝溫度相匹配，舉例說明:如工藝鍍膜腔內(nèi)的工藝溫度為220°C，而硅片在從進入進片腔到達工藝鍍膜腔的過程中會損失 40°C，則硅片在進入進片腔前的預(yù)設(shè)溫度應(yīng)為260°C，則加熱裝置135的加熱溫度就應(yīng)高于 260°C。其中，從進片腔到達工藝鍍膜腔的過程中的損耗可以通過幾組實驗測試得出。需要說明的是，所述加熱裝置135的位置可以如圖1所示設(shè)置于裝載平臺與卸載平臺之間，也可以設(shè)置于裝載平臺的一端，所述加熱裝置135的加熱工作可以設(shè)置在裝載平臺的硅片裝載前完成，也可以設(shè)置在裝載平臺的硅片裝載后完成，另外，所述加熱裝置135還可以與裝載平臺合成一個整體，除此之外，所述加熱裝置135也可以有其他的設(shè)置方式，此處并不做限制，只要滿足加熱裝置設(shè)置于氮氣箱內(nèi)，加熱溫度的設(shè)置能夠較好地匹配工藝鍍膜腔內(nèi)的工藝溫度即可。所述加熱裝置135與硅片裝載平臺之間的傳遞可以采用滾輪方式傳遞，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中其他的一些傳遞方式，此處不再贅述。
[0026]所述加熱裝置135可以為一層或者多層結(jié)構(gòu)，由于工藝鍍膜腔內(nèi)鍍膜時間通常小于加熱裝置對硅片進行加熱的時間，所以，在優(yōu)選方案中，可以將加熱裝置135設(shè)置為多層結(jié)構(gòu)，其層數(shù)應(yīng)大于等于所述加熱裝置對硅片進行加熱的時間與所述工藝鍍膜腔內(nèi)鍍膜時間的比。舉例說明:對于異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池而言，工藝鍍膜腔內(nèi)的PECVD工藝鍍膜時間通常為100-150秒，假若為了達到硅片在進片腔前的預(yù)設(shè)溫度，所述加熱裝置135的加熱時間需要360秒，則所述加熱裝置的層數(shù)應(yīng)優(yōu)選為4層或者3層，這樣可以使得鍍膜時間與加熱時間更好的匹配，優(yōu)化整個生產(chǎn)過程的時間節(jié)拍，進一步節(jié)省硅片的等待時間，提高設(shè)備產(chǎn)能，降低設(shè)備成本。
[0027] 在本發(fā)明中，采用了導(dǎo)熱系數(shù)較低的氮氣做為保護氣，有助于維持載板高溫傳輸時的溫度穩(wěn)定性，更進一步地，由于氮氣箱內(nèi)的氣體導(dǎo)熱系數(shù)與其含濕量、結(jié)構(gòu)和孔隙度都有一定關(guān)系，所以，當所述氮氣箱105中充入的氮氣為無油、無雜質(zhì)的氮氣、純度多99.99% 以上、濕度< 10%時，硅片載板在氮氣箱中的升溫降溫速度會更加緩慢，更加有助于維持載板的高溫傳輸。另外，氮氣箱內(nèi)具體溫度的設(shè)置可以跟隨工藝鍍膜腔的溫度靈活調(diào)節(jié)，目的也是能更好的保證托盤在穩(wěn)定的溫度下運行。
[0028]第二實施例:圖2所示為本發(fā)明中第二實施例的PECVD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該PECVD系統(tǒng)為一團簇式結(jié)構(gòu)，用于制備異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池。傳輸腔103位于該PECVD系統(tǒng)的中央，其周圍連接有進片腔101、出片腔102、工藝鍍膜腔104,其中工藝鍍膜腔104的個數(shù)可以為1-5個，所述PECVD系統(tǒng)還包括氮氣箱105,且在所述氮氣箱105中設(shè)置有硅片裝載平臺115及硅片卸載平臺125,所述硅片裝載平臺115對應(yīng)于所述進片腔101并與其相連，所述硅片卸載平臺 125對應(yīng)于所述出片腔102并與其相連。
[0029] 第二實施例的PECVD系統(tǒng)與第一實施例的區(qū)別主要在于PECVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同， 一個為團簇式結(jié)構(gòu)，一個為U型結(jié)構(gòu)，至于氮氣箱的設(shè)置與作用在兩個實施例中基本相同， 此處不再一一贅述。
[0030] 在本發(fā)明中，對PECVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不做限制，包括了工藝鍍膜腔的個數(shù)、具體工藝、工藝鍍膜腔內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)置等。另外，除了充有氮氣的氮氣箱以外，其它氣體，如氬氣、氦氣等惰性氣體也是合適的選擇，它們排除氧氣和水汽的能力都較強，也能起到較好的技術(shù)效果，但從生產(chǎn)運營價格上考慮，氮氣是最合適的選擇。
[0031] 應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
[0032] 上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種PECVD系統(tǒng)，包括工藝鍍膜腔、傳輸腔、進片/出片腔，其特征在于:所述PECVD 系統(tǒng)還包括氮氣箱，所述氮氣箱中設(shè)置有硅片裝載/卸載平臺，所述硅片裝載/卸載平臺對 應(yīng)于所述進片/出片腔并與其相連，所述PECVD系統(tǒng)用于異質(zhì)結(jié)硅基太陽能電池的制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PECVD系統(tǒng)，其特征在于:所述氮氣箱內(nèi)設(shè)置有加熱裝 置，使得硅片在進入所述進片腔前溫度達到預(yù)設(shè)溫度，所述預(yù)設(shè)溫度應(yīng)與所述工藝鍍膜腔 內(nèi)的工藝溫度相匹配。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PECVD系統(tǒng)，其特征在于:所述加熱裝置為多層結(jié)構(gòu)，其 層數(shù)應(yīng)大于等于所述加熱裝置對硅片進行加熱的時間與所述工藝鍍膜腔內(nèi)鍍膜時間的比。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種PECVD系統(tǒng)，其特征在于:所述氮氣箱充入 的氮氣純度在99.99%以上。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種PECVD系統(tǒng)，其特征在于:所述氮氣箱的濕 度< 10%〇6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種PECVD系統(tǒng)，其特征在于:所述氮氣箱的溫 度根據(jù)工藝鍍膜腔內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)。
【文檔編號】C23C16/513GK105986251SQ201510070772
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】陳金元, 胡宏逵, 曹陽, 吳科俊, 譚曉華, 馬哲國, 徐思彪, 徐升東, 宋曉宏, 楊飛云
【申請人】上海理想萬里暉薄膜設(shè)備有限公司, 理想能源設(shè)備(上海)有限公司