专利名称：一种太阳能电池用光致化学沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及ー种太阳能电池用光致化学沉积装置。
背景技术：
近年来，环境和能源逐渐成为二十一世纪的主要课题，随着石油等化石燃料的逐渐减少以及环境污染给地球带来的巨大破坏，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。太阳能光伏在不远的将来将成为世界能源供应的主体，预计到2040年，可再生能源将占全球能源总消耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电カ的20%以上；到21世纪末，可再生能源在全球能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。 目前，常规太阳能电池的钝化和减反主要是通过沉积氮化硅薄膜来实现的。在硅片表面沉积ー层折射率为2. 0-2. I的氮化硅薄膜，伴随着H离子的注入，悬挂键的饱和，实现硅片的钝化；同时这层氮化硅薄膜厚度为80nm，通过干涉特性，有效的实现硅片表面反射率的降低。但是，由于氮化硅薄膜中存在大量的表面电荷，界面处的隧道效应和捕获效应，使Si3N4-Si结构表现出表面特性的滞后现象及电荷的不稳定性。ニ氧化硅薄膜依赖其优良的电学性能及其与硅之间良好的界面性质广泛的应用于半导体行业，相信在不久的将来也将取代现有的氮化硅薄膜广泛应用于太阳能电池领域。ニ氧化娃薄膜的制备方法有热氧氧化法；低压化学气相沉积(LPCVD, Low PressureChemical Vapor Deposition);等离子体增强化学气相沉积(PECVD, Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition);电子回旋振荡化学气相沉积(ECRCVD, Electron CyclotronResonance Chemical Vapor Deposition),磁控派射等。以上设备都需要高额的设备费用和维护费用。热氧氧化法虽然成膜质量非常好，有较好的钝化效果，但是氧化过程中需要非常高的温度(>850°C )和非常长的时间；气相沉积和磁控溅射生长ニ氧化硅薄膜的过程中会引入等离子体轰击硅片表面产生的缺陷和损伤，降低薄膜的钝化效果。
发明内容
为了解决现有ニ氧化硅薄膜生长过程中缺陷的引入和生产成本过高等问题，本发明提供了一种低成本、无损伤ニ氧化硅薄膜的沉积的太阳能电池用光致化学沉积装置。为达到发明目的本发明采用的技术方案是
一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于包括补液系统、沉积系统，所述补液系统包括放置反应溶液的补液腔体，所述补液腔体内的底部安装有将反应溶液加热到反应温度的第一加热装置，其上部安装有实时监测补液系统温度的第一在线温度监测装置，所述补液腔体上设有将液体输送至沉积系统的液体输出管道，其内在液体输出管道的上方设有过滤装置，所述液体输出管道上安装有控制定量传输反应溶液的液体流量计；
所述沉积系统包括沉积反应腔体，所述沉积反应腔体的底部安装有将反应溶液加热到反应温度的第二加热装置、向沉积反应腔体内间隔时间输送高纯氮气和控制反应溶液均匀性的鼓泡装置、控制反应时间的时间控制器以及控制溶液均匀性的循环装置，所述沉积反应腔体内安装有将硅片固定在沉积反应腔体内的真空吸附装置，其上方安装有实时监测沉积系统温度的第二在线温度监测装置及模拟太阳光照射在PN结表面并在沉积反应腔体内形成内建电场的光照系统。进ー步，所述光照系统包括输出恒定稳定光强的太阳光模拟装置和維持太阳光模拟装置处于恒温状态的风冷装置，所述太阳光模拟装置包括点燃时辐射出稳定强烈连续光谱的稳态氙灯、稳压电源和控制光谱辐照度分布与标准光谱辐照度分布匹配的匹配器。进一歩，所述沉积系统的沉积反应腔体上方连接有在线溶液检测装置，所述在线溶液检测装置包括实时测量和监控沉积反应腔体内反应液体浓度的液体浓度测试仪，以及将反应溶液从沉积反应腔体在线引入到液体浓度测试仪的在线管路装置。进一歩，所述沉积系统还配设有在线膜厚检测装置，所述在线膜厚检测装置包括在线测试硅片上生成的ニ氧化硅薄膜厚度的膜厚测试系统和将待测硅片传递至待测区域的传递装置，所述膜厚测试系统为单波长激光椭偏仪，包括激光器、承载样片的载物台和自准直显微镜，所述传递装置为链式输送机。进ー步，第一加热装置和第二加热装置均由控制加热温度的温度控制器和加热腔体内液体用的交变电源和电热丝组成。进ー步，所述过滤装置是二次过滤装置，其由进行初步过滤的滤纸和进行二次过滤的滤网组成。进ー步，所述鼓泡装置输送高纯氮气的间隔时间是可调的，所述高纯氮气纯度为99. 999%。进ー步，所述循环装置由循环泵和管路系统组成。进ー步，所述真空吸附装置包括沉积平台，所述沉积平台内安装有将硅片吸附在所述沉积平台上的负压风机。本发明的补液步骤如下向补液系统中加入反应溶液，反应溶液经过过滤装置的滤纸的初步过滤，再经过过滤网的二次过滤，纯度大于99. 99%，经过第一加热装置加热到反应温度，最后经过液体流量计被定量的传输到沉积系统的沉积反应腔体中，整个过程中通过第一在线温度监测装置监测，严格保证反应温度。光照步骤如下太阳光模拟装置通过稳压电源和匹配器，短弧球形氙灯被点燃，辐射出稳定强烈连续光谱，能量密度高，可调节光强范围80-300mW/cm2。风冷装置維持太阳光模拟装置处于恒温状态，避免温度过高造成的设备损坏。 沉积步骤如下在光照的环境下，通过第二加热装置和第二在线温度控制装置精确控制反应温度，通过时间控制器精确控制反应时间，通过鼓泡装置和循环装置精确控制反应溶液均匀性，在硅片上沉积高质量ニ氧化硅薄膜。在线膜厚检测步骤如下通过传递装置将待测硅片稳定准确的传递至待测区域，通过单波长激光椭偏仪，进行在线检测。在线溶液检测步骤如下通过在线管路装置将反应溶液在线的导入到液体浓度测试仪中，通过在线测试反应溶液比重值，计算反应溶液的浓度，完成液体浓度测量与监控。本发明的补液系统有两个的作用，ー个作用是向沉积系统中添加反应溶液，另一个作用是补充在反应过程中溶液的损耗，所以补液系统中的反应溶液的温度和纯度必须被严格控制。补液系统中的过滤装置能够严格保证反应溶液的纯度，第一加热装置和第一在线温度监测装置能够严格保证沉积过程的反应温度，从而提高ニ氧化硅薄膜的成膜质量，液体流量计的定量传输能够有效的实现光致化学沉积装置的重复性，实现エ业化持续生产。所述光照系统恒定稳定的光强度输出是本发明的核心环节，模拟太阳光照射在PN结表面，形成内建电场，在自建电场的作用下实现光学薄膜的沉积，它直接决定ニ氧化娃薄膜的沉积速度和成膜质量。所述沉积系统的鼓泡装置在可调时间间 隔内向反应腔室通入高纯氮气，高纯氮气纯度为99. 999% (O2 < O. 001% )，在避免引入杂质，污染反应溶液的前提下提高反应溶液的均匀性。真空吸附装置的负压风机提供负压使硅片吸附在沉积平台上，避免硅片的移动所导致的碎片和薄膜沉积的不均匀。所述在线膜厚检测装置的传递装置为链式输送机，可精确传送至目标位置，误差O. 1mm。激光器是波长为632. Snm的氦氖激光器，先进的低噪声探测技术，保证了高稳定性和高准确度，所述载物台可以承载样片进行在线测试，自准直显微镜有效提高了样品定位精度，节省了测试时间。本发明的有益效果可用于低成本，无损伤ニ氧化硅薄膜的沉积；有效地降低太阳能电池的制作成本，避免了气相沉积带来的轰击损伤，提升太阳能电池钝化效果，最終提升太阳能电池的光电转化效率。
图I为本发明的模块示意图。图2为本发明的补液系统结构示意图。图3为本发明的光照系统结构示意图。图4为本发明的沉积系统结构示意图。图5为本发明的在线膜厚检测装置结构示意图。图6为本发明的在线溶液检测装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例来对本发明进行进ー步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式
。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。參照图1-6，一种太阳能电池用光致化学沉积装置，包括补液系统I、沉积系统3，所述补液系统I包括放置反应溶液的补液腔体22,所述补液腔体22内的底部安装有将反应溶液加热到反应温度的第一加热装置9，其上部安装有实时监测补液系统温度的第一在线温度监测装置6，所述补液腔体22上设有将液体输送至沉积系统3的液体输出管道23，其内在液体输出管道23的上方设有过滤装置7，所述液体输出管道23上安装有控制定量传输反应溶液的液体流量计8 ；
所述沉积系统3包括沉积反应腔体24，所述沉积反应腔体24的底部安装有将反应溶液加热到反应温度的第二加热装置14、向沉积反应腔体24内间隔时间输送高纯氮气和控制反应溶液均匀性的鼓泡装置15、控制反应时间的时间控制器17以及控制溶液均匀性的循环装置16，所述沉积反应腔体24内安装有将硅片固定在沉积反应腔体24内的真空吸附装置13，其上方安装有实时监测沉积系统温度的第二在线温度监测装置12及模拟太阳光照射在PN结表面并在沉积反应腔体24内形成内建电场的光照系统2。所述光照系统3包括输出恒定稳定光强的太阳光模拟装置10和維持太阳光模拟装置10处于恒温状态的风冷装置11，所述太阳光模拟装置10包括点燃时辐射出稳定強烈连续光谱的稳态氙灯、稳压电源和控制光谱辐照度分布与标准光谱辐照度分布匹配的匹配器。所述沉积系统3的沉积反应腔体24上方连接有在线溶液检测装置5，所述在线溶液检测装置5包括实时测量和监控沉积反应腔体24内反应液体浓度的液体浓度测试仪20，以及将反应溶液从沉积反应腔体20在线引入到液体浓度测试仪20的在线管路装置21。所述沉积系统3还配设有在线膜厚检测装置4，所述在线膜厚检测装置4包括在线测试硅片上生成的ニ氧化硅薄膜厚度的膜厚测试系统18和将待测硅片传递至待测区域的 传递装置19，所述膜厚测试系统18为单波长激光椭偏仪，包括激光器、承载样片的载物台和自准直显微镜，所述传递装置19为链式输送机。第一加热装置9和第二加热装置14均由控制加热温度的温度控制器和加热腔体内液体用的交变电源和电热丝组成。所述过滤装置7是二次过滤装置，其由进行初步过滤的滤纸和进行二次过滤的滤网组成。所述鼓泡装置15输送高纯氮气的间隔时间是可调的，所述高纯氮气纯度为99.999%。所述循环装置16由循环泵和管路系统组成。所述真空吸附装置13包括沉积平台，所述沉积平台内安装有将硅片吸附在所述沉积平台上的负压风机。本发明的补液步骤如下向补液系统中加入反应溶液，反应溶液经过过滤装置7的滤纸的初步过滤，再经过过滤网的二次过滤，纯度大于99. 99%，经过第一加热装置9加热到反应温度，最后经过液体流量计8被定量的传输到沉积系统3的沉积反应腔体24中，整个过程中通过第一在线温度监测装置6监测，严格保证反应温度。光照步骤如下太阳光模拟装置10通过稳压电源和匹配器，短弧球形氙灯被点燃，辐射出稳定强烈连续光谱，能量密度高，可调节光强范围80-300mW/cm2。风冷装置11维持太阳光模拟装置处于恒温状态，避免温度过高造成的设备损坏。沉积步骤如下在光照的环境下，通过第二加热装置14和第二在线温度控制装置12精确控制反应温度，通过时间控制器17精确控制反应时间，通过鼓泡装置15和循环装置16精确控制反应溶液均匀性，在硅片上沉积高质量ニ氧化硅薄膜。在线膜厚检测步骤如下通过传递装置19将待测硅片稳定准确的传递至待测区域，通过单波长激光椭偏仪，进行在线检测。在线溶液检测步骤如下通过在线管路装置21将反应溶液在线的导入到液体浓度测试仪20中，通过在线测试反应溶液比重值，计算反应溶液的浓度，完成液体浓度测量与监控。
本发明的补液系统I有两个的作用，ー个作用是向沉积系统3中添加反应溶液，另ー个作用是补充在反应过程中溶液的损耗，所以补液系统I中的反应溶液的温度和纯度必须被严格控制。补液系统I中的过滤装置7能够严格保证反应溶液的纯度，第一加热装置9和第一在线温度监测装置6能够严格保证沉积过程的反应温度，从而提高ニ氧化硅薄膜的成膜质量，液体流量计8的定量传输能够有效的实现光致化学沉积装置的重复性，实现エ业化持续生产。所述光照系统2恒定稳定的光强度输出是本发明的核心环节，模拟太阳光照射在PN结表面，形成内建电场，在自建电场的作用下实现光学薄膜的沉积，它直接决定ニ氧化娃薄膜的沉积速度和成膜质量。
所述沉积系统3的鼓泡装置15在可调时间间隔内向沉积反应腔体24内通入高纯氮气，高纯氮气纯度为99. 999% (O2 ^ O. 001% )，在避免引入杂质，污染反应溶液的前提下提高反应溶液的均匀性。真空吸附装置13的负压风机提供负压使硅片吸附在沉积平台上，避免硅片的移动所导致的碎片和薄膜沉积的不均匀。所述在线膜厚检测装置4的传递装置19为链式输送机，可精确传送至目标位置，误差O. 1mm。激光器是波长为632. Snm的氦氖激光器，先进的低噪声探测技术，保证了高稳定性和高准确度，所述载物台可以承载样片进行在线测试，自准直显微镜有效提高了样品定位精度，节省了测试时间。
权利要求
1.一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于包括补液系统、沉积系统，所述补液系统包括放置反应溶液的补液腔体，所述补液腔体内的底部安装有将反应溶液加热到反应温度的第一加热装置，其上部安装有实时监测补液系统温度的第一在线温度监测装置，所述补液腔体上设有将液体输送至沉积系统的液体输出管道，其内在液体输出管道的上方设有过滤装置，所述液体输出管道上安装有控制定量传输反应溶液的液体流量计； 所述沉积系统包括沉积反应腔体，所述沉积反应腔体的底部安装有将反应溶液加热到反应温度的第二加热装置、向沉积反应腔体内间隔时间输送高纯氮气和控制反应溶液均匀性的鼓泡装置、控制反应时间的时间控制器以及控制溶液均匀性的循环装置，所述沉积反应腔体内安装有将硅片固定在沉积反应腔体内的真空吸附装置，其上方安装有实时监测沉积系统温度的第二在线温度监测装置及模拟太阳光照射在PN结表面并在沉积反应腔体内形成内建电场的光照系统。
2.根据权利要求I所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述光照系统包括输出恒定稳定光强的太阳光模拟装置和维持太阳光模拟装置处于恒温状态的 风冷装置，所述太阳光模拟装置包括点燃时辐射出稳定强烈连续光谱的稳态氙灯、稳压电源和控制光谱辐照度分布与标准光谱辐照度分布匹配的匹配器。
3.根据权利要求I所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述沉积系统的沉积反应腔体上方连接有在线溶液检测装置，所述在线溶液检测装置包括实时测量和监控沉积反应腔体内反应液体浓度的液体浓度测试仪，以及将反应溶液从沉积反应腔体在线引入到液体浓度测试仪的在线管路装置。
4.根据权利要求I所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述沉积系统还配设有在线膜厚检测装置，所述在线膜厚检测装置包括在线测试硅片上生成的二氧化硅薄膜厚度的膜厚测试系统和将待测硅片传递至待测区域的传递装置，所述膜厚测试系统为单波长激光椭偏仪，包括激光器、承载样片的载物台和自准直显微镜，所述传递装置为链式输送机。
5.根据权利要求f4之一所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于第一加热装置和第二加热装置均由控制加热温度的温度控制器和加热腔体内液体用的交变电源和电热丝组成。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述过滤装置是二次过滤装置，其由进行初步过滤的滤纸和进行二次过滤的滤网组成。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述鼓泡装置输送高纯氮气的间隔时间是可调的，所述高纯氮气纯度为99. 999%。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述循环装置由循环泵和管路系统组成。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能电池用光致化学沉积装置，其特征在于所述真空吸附装置包括沉积平台，所述沉积平台内安装有将硅片吸附在所述沉积平台上的负压风机。
全文摘要
一种太阳能电池用光致化学沉积装置，包括补液系统、沉积系统，所述补液系统包括放置反应溶液的补液腔体，所述补液腔体内的底部安装有第一加热装置，其上部安装有第一在线温度监测装置，所述补液腔体上设有将液体输送至沉积系统的液体输出管道，其内在液体输出管道的上方设有过滤装置，所述液体输出管道上安装有液体流量计；所述沉积系统包括沉积反应腔体，所述沉积反应腔体的底部安装有第二加热装置、鼓泡装置、时间控制器以及循环装置，所述沉积反应腔体内安装有将硅片固定在沉积反应腔体内的真空吸附装置，其上方安装有第二在线温度监测装置及光照系统。本发明的有益效果可用于低成本，无损伤二氧化硅薄膜的沉积。
文档编号H01L31/18GK102817013SQ20121031131
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者夏洋 申请人:夏洋