专利名称：在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及镀抗反射钝化膜的生产方法及设备，特别^^及的是一种在晶体硅太 阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法及设备。
背景技术：
目前，多晶硅太阳能电池的抗反射钝化膜都是采用等离子体增强的化学气相沉 积法(PECVD)生产的掺氢氮化硅膜层(SixNy: H)，这是由于该膜层与其他抗反射 膜(如Ti02)相比，它具有很好的表面和体钝化功能。但采用PECVD技术来生产 SixNy: H膜存在几个显著的缺点首先，由于化学气相沉积法(PECVD)生产SixNy: H膜时使用的是硅烷气体，它是一种爆炸性的气体，很不安全，不小心会发生爆炸； 其次，生产时的维护周期较短(几乎每天需停机检修维护设备)，不利于产量的提 高；第三，在大面积在线镀膜时的厚度均匀性很难保证，因此，大批量生产时产品 的质量难于保证。如专利200380107849. 9和200510042673. 4,前者公开的是一种加 热衬底至55(TC热分解含硅和氮源气体，这实际上还是一种化学汽相沉积工艺 (PECVA),只不过是将传统的化学汽相沉积工艺(PECVA)的高温(800-900'C)热分解 含硅和氮源气体下降为55(TC或更低,但仍然是一种较为危险的作业,特别是在多晶 硅片上沉积氮化硅,其生产过程中产生的硅烷气体(SiH)极易引起燃烧爆炸，生产极 不安全。后者(200510042673.4)公开的是一种硅片太阳能电池制造方法，其中沉 积氮化硅工艺仍采用化学汽相沉积工艺(PECVA),同样存在安全隐患。 发明内容-本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种安全可靠、在较低温度下、采用 物理方式(不用硅烷气体)在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法。本发 明的另一个目的是为了提供一种确保工艺的稳定性，提高沉积效率，沉积氧化硅效 率高，成本低的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备。本发明的目的是这样来实现的-本发明在在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法，该方法是在200 40(TC范围对太阳能电池片进行加温情况下，在磁控溅射镀膜工作室中充入反应性 气体氮气，同时充入氨气，利用旋转的孪生中频靶对其磁控溅射，同时利用等离子 体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置对充入反应气体氮气进行闭环流量控制，用 质量流量计控制氨气流量，在电池片上沉积掺氢氮化硅的抗反射钝化膜。在对太阳 能电池片进行200。40(TC范围加温情况下，在磁控溅射镀膜工作室中充入反应性气 体氮气(N2)，同时充入氨气(NH3),利用旋转的孪生中频硅(Si)靶对其磁控溅 射，同时利用等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置(PEM)对充入反应性 气体氮气(N2)进行闭环流量控制，用质量流量计控制氨气(NH3)流量，在电池 片上沉积掺氢氮化硅(SixNy:H)的抗反射钝化膜，镀膜采用PEM (等离子体强度 监控器)闭环控制的孪生中频反应磁控溅射的工艺加上用质量流量控制器控制NH3 (氨气)的流量，来实现镀制掺氢的氮化硅(SkNy: H)膜层(其工作的原理见图 2带PEM闭环控制的孪生中频反应磁控溅射及掺氢示意图。)，用该方法生产SixNy: H膜克服了用PECVD方法生产时存在的三大缺陷，既没有爆炸性的气体，生产时 十分安全又环保，维护的周期又较长，同时可以大面积的连续生产。采用PEM控 制及生产线完善的结构设计，保证了产品的均匀性，大大提高了产品的质量和产量， 是工业化生产最理想的方法。上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法，将晶体硅太阳能电池 片装入基片运载小车，用平面卧式方法对电池基片表面镀制抗反射钝化膜。上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法，对太阳能电池片的加 热是利用红外灯箱或不锈钢加热管对电池片在200 400'C范围内进行加热。为保证 镀出的SixNy: H膜层具有表面和体钝化功能，镀膜时要求在200'C 400'C可调， 故在设置红外灯管(或不锈钢加热管)并带有热屏蔽结构，同时设有PID温控仪的 温度控制系统。本发明在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，设备中有依次连接的 上料台、前锁定室、前保持室、前缓冲室、有旋转的孪生中频硅靶及电源以及等离 子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置以及用等离子分解含氢源气体得到氢自 由基而使氮化硅层暴露于氢自由基的氨的充入和质量流量控制器的磁控溅射镀膜 工作室、后缓冲室、后保持室、后锁定室、下料台，和各室相连的真空抽气机组、 控制系统、气动翻板阀门、加热系统，旋转的孪生中频硅靶与以往固定不动的硅靶 相比，耙材利用率可达85%，降低了生产成本，而以往采用固定不动的平面孪生中 频耙材，由于溅射部位不变，靶材很快局部损耗，靶材利用率只有15-20%，并且因 靶材旋转不易在靶材表面积留反应生成的介质膜及微粒，提高了沉积膜面的质量， 减少表面掉渣和提高了工作的稳定性。上述的的设备中有对电池片运载并卧式传送的传输机构。
上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，传输机构的传动轴具 有通冷却水的结构。由于系统具有较高的加热温度，因此对传动机构的要求不同于 一般连续磁控溅射镀膜生产线，这里特设计了一套带水冷却的传动机构。上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，电池片传输机构具有 按电池片规格分格的装片架，装片架组装有与传输机构传动轴及轮相配合的圆弧轨或v型轨或矩型轨。该装片架出生产线后可以方便的重叠，在出料台逐层重叠后推运回至上料台重复使用，装上未镀抗反射钝化膜的电池片后逐层喂入上料台。 上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的生产设备，磁控溅射工作室真空箱体壁具有通冷却水的结构，真空箱体通冷却水对其冷却。上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，加热系统采用红外灯管或不锈钢加热管。上述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，加热系统设置有至少 —个预热室的预热子系统，至少一个预热室设置于上料台之前，预热室之前还设置有子上料台，可设定3个带子上料台和预热室的工位，可以加快晶体硅太阳能电池 片预热，解决加热费时的难题，成倍提高产量。本发明在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法，利用真空抽气机组对 各工作室抽空，采用中频孪生反应磁控溅射方式在室温状态下在多晶硅片上连续磁 控溅射沉积氮化硅，充入含硅和氮源气体，并用等离子分解含氢源气体得到氢自由 基，使氮化硅层暴露于氢自由基。本发明生产方法在较低温度下、采用物理方式(不用硅烷气体)沉积氮化硅生 产方法，克服了用PECVD方法生产时存在的三大缺陷，安全可靠。本发明设备采 用了中频孪生反应磁控溅射装置和PEM闭环平衡控制装置，确保了工艺的稳定性, 提高了沉积效率，沉积氮化硅产量高、低成本。
图1为本发明的生产工艺流程示意图。图2为本发明的生产设备示意图。 图3为图2的俯视图。图4为本发明的生产设备中带PEM闭环控制的孪生中频反应磁控溅射及掺氢示意图。图5为本发明的生产设备中带水冷却的传动机构及安装小车示意图。 图6为本发明的生产设备另一示意图。
具体实施方式
-6 实施例1:参见图1 图5，本发明在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的生产方法 采用卧式一次性通过的连续工作模式，每架(每一安装小车)可镀多晶硅太阳能电池片156mmX 156mm共70片，生产节拍为4min/架，溅射工作室的极限真空为5X l(HPa。本装置包括依次连接有上料台1、前锁定室2、前保持室3、前缓冲室4、 磁控溅射镀膜工作室5、后缓冲室6、后保持室7、后锁定室8、下料台9，和各室 相连的真空抽气机组IO、控制系统ll、气动翻板阀门12、加热系统13。图4为本发明的生产设备中带PEM闭环控制的孪生中频反应磁控溅射及掺氢示 意图。溅射镀膜工作室5的真空箱体16上有氮气37 (N2)、氩气25 (Ar)、氨气26 (NH3)充入口 27,有控制注入的氮气(N2)气量的准真管24、光纤23、预放大 器和滤波器22、 PEM控制器21、流量控制器19、压电控制器20，中频电源18, 孪生的阴极硅靶17。图5为本发明的生产设备中带水冷却的传动机构及安装小车示意图。由于系统 具有较高的加热温度，因此对传动机构的要求不同于一般连续磁控溅射镀膜生产 线，这里特设计了一套带水冷却的传动机构。真空箱体16上有通冷却水的夹层结 构30,装晶硅片14的工件架15在运输小车40上，运输小车40上有与传输机构传 动轮28相配合的圆弧轨29，传输机构的传动轴31具有通冷却水的结构，主传动轮 32带动传动轴31和传动轮28转动，传动轴31具有冷却水入口 34和冷却水出口 33，传动轴31与真空箱体16采用磁流体密封36,传动轴31由带水冷却机构的轴 承套35支撑。其工作过程如下① 经前处理合格后的晶硅片14在处于洁净室的上料台1处按每架70片安装就 位，在前锁定室2处于大气状态时，打开第一气动翻板阀门12 (门锁)，工件架15 快速进入前锁定室2,关闭第一道阀门12，启动真空抽气机组10 (2台2H-150滑 阀泵)，将前锁定室2抽于lX10印a,启动ZJP-600罗茨泵，将前锁定室抽至lPa;② 打开第二道阀门12，工件架15快速进入前保持室3 (此时前保持室、前、 后缓冲室、溅射工作室、后保持室均已由各自的真空抽气机组抽至5Xl(HPa的极 限真空，同时各室均己处于加热器正常的加热状态，使前保持室约在150'C，溅射 工作室在200'C 400'C (根据工艺要求进行调节)，后缓冲室约100'C,工件晶硅 片14被预加热至150'C左右(工件在到达前保持室位置时，第二道阀门会自动关闭)；③ 打开第三道阀门12，工件架快速到达前缓冲室4，然后以镀膜的速度运行(根 据工艺要求，工件架运行速度在0.5m/min 3m/min可调)，此时二对旋转的孪生阴
极17处于事先调好的工作状态,每对阴极Si靶17采用50KW的中频电源18供电, 具体的功率根据工艺要求的膜厚及工件架的运行速度配合调节。用质量流量计调节送入的Ar气量，使工作室5的工作真空在(2 3) X10-lPa左右。用PEM闭环系 统21控'制注入的氮气(N2)气量，实现反应溅射，生成氮化硅(SixNy)膜，同时 经质量流量计控制氨气(NH3)的注入量(按工艺要求调节)，沉积出最佳配比的掺 氢氮化硅(SixNy: H)膜层(镀膜时注意调节加热的温度，确保电池片表面和体钝 化功能)；④ 打开第四道阀门，已镀好SixNy: H膜层的工件架经过后缓冲室6后快速进 入后保持室7，关闭第四道阀门，工件在该室冷却退温；⑤ 打开第五道阀门，工件架快速进入后锁定室8，关闭第五道阀门，工件被进 一歩退温(可充入干燥的N2)，通过放气阀向后锁定室放入大气，待锁定室处于大 气状态时，打开第六道阀门，工件架快速到达下料台，关闭第六道阀门。至此，一 架工件完成了全过程，进入产品的质量测试、验收、分类、包装等后序工作。实施例2:图6给出了本发明实施例2图。本实施例2基本与实施例1同。不同处是在上 料台1周围布置了带子上料台38和带不锈钢加热管13的预热室39的3个工位， 可以加快晶体硅太阳能电池片预热，解决加热费时的难题，提高产量。上述各实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发 明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明 的范围。
权利要求
1、在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法，其特征在于该方法是在200～400℃范围对太阳能电池片进行加温情况下，在磁控溅射镀膜工作室中充入反应性气体氮气，同时充入氨气，利用旋转的孪生中频靶对其磁控溅射，同时利用等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置对充入反应气体氮气进行闭环流量控制，用质量流量计控制氨气流量，在电池片上沉积掺氢氮化硅的抗反射钝化膜。
2、 根据权利要求1所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法， 其特征在于将晶体硅太阳能电池片装入基片运载小车，用平面卧式方法对电池基片 表面镀制抗反射钝化膜。
3、 根据权利要求1或2所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方 法，其特征在于对太阳能电池片的加热利用红外灯箱或不锈钢加热管对电池片在 200 40(TC范围内进行加热。
4、 在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，其特征在于设备中有依 次连接的上料台、前锁定室、前保持室、前缓冲室、有旋转的孪生中频硅靶及电源 以及等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置以及用等离子分解含氢源气体 得到氢自由基而使氮化硅层暴露于氢自由基的氨的充入和质量流量控制器的磁控 溅射镀膜工作室、后缓冲室、后保持室、后锁定室、下料台，和各室相连的真空抽 气机组、控制系统、气动翻板阀门、加热系统。
5、 根据权利要求4所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备， 其特征在于设备中有对电池片运载并卧式传送的传输机构。.
6、 根据权利要求5所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备， 其特征在于传输机构的传动轴具有通冷却水的结构。
7、 根据权利要求5或6所述的在晶体硅太阻能电池片上镀抗反射钝化膜的设 备，其特征在于传输机构具有按电池片规格分格的装片架，装片架组装有与传输机 构传动轴及轮相配合的圆弧轨或V型轨或矩型轨。
8、 根据权利要求4或5或6所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的 设备，其特征在于磁控溅射镀膜工作室真空箱体壁具有通冷却水的结构。
9、 根据权利要求4或5或6所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜 的设备，其特征在于加热系统采用红外灯管或不锈钢加热管。
10、 根据权利要求4或5或6所述的在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，其特征在于加热系统设置有至少一个预热室的预热子系统，至少一个预热 室设置于上料台之前，预热室之前还设置有子上料台。
全文摘要
本发明提供了一种在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的方法，该方法是在200～400℃范围对太阳能电池片进行加温情况下，在磁控溅射镀膜工作室中充入反应性气体氮气，同时充入氨气，利用旋转的孪生中频靶对其磁控溅射，同时利用等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置对充入反应气体氮气进行闭环流量控制，用质量流量计控制氨气流量，在电池片上沉积掺氢氮化硅的抗反射钝化膜。该生产方法沉积氮化硅安全可靠。本发明还提供了一种在晶体硅太阳能电池片上镀抗反射钝化膜的设备，该设备采用了中频孪生反应磁控溅射装置和PEM闭环平衡控制装置，确保了工艺的稳定性，提高了沉积效率，沉积氮化硅产量高、低成本。
文档编号C23C14/34GK101165205SQ20061002206
公开日2008年4月23日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者甘国工 申请人:甘国工