一种镀膜设备的制作方法

文档序号:7134116阅读:547来源:国知局
专利名称:一种镀膜设备的制作方法
技术领域
本实用新型属于太阳能电池技术领域,尤其涉及一种镀膜设备。
背景技术
在目前的太阳能电池市场上以晶体硅太阳电池为主,发展的趋势是在减少生产成本的同时进一步提闻太阳电池的效率。提闻太阳能电池效率有两种途径,一方面是减少光学损失以提高太阳能电池的效率,称为陷光理论及技术,包括最佳减反射的表面织构化及技术和最佳减反射(前表面)及背表面反射技术;另一方面是减少电学损失以提高太阳能电池效率,包括理想p-n结技术和钝化理论及技术。常规太阳能电池的表面都有一层减反射膜,减反膜的材料一般为氮化硅,且其中含有H原子,其作用主要有两个方面:一方面是降低反射率,使反射率降低到3%以下,从而减少光学损失;另一方面是H原子能钝化硅片的悬挂键和复合中心,起表面钝化和体钝化的作用,从而减少太阳能电池的电学损失;即减反射膜可以分别减少光学损失和电学损失,进而提闻太阳能电池的效率。最常用的镀膜设备是等离子增强型化学气相沉积技术(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,简称PECVD),将娃片放入PECVD设备的反应腔室,通入适量反应气体,气体经一系列化学反应和等离子体反应,在样品表面形成固定膜态。在制作氮化硅减反射膜时,将硅片放入反应腔室,然后通入反应气体SiH4和NH3,由于等离子体含有大量高能量的电子,能提供反应所需的激活能,反应可以在低温下实现,在0.1mbar Imbar镀膜压力,200°C 450°C低温下,反应气体SiH4和NH3反应后沉积一层厚度为75nm左右,折射率为2.05左右的氮化硅层,从而使电池表面的反射率降低到3%以下。但是在实际使用中发现,上述具有单层氮化硅减反射膜的太阳能电池的转换效率仍有待提闻。

实用新型内容有鉴于此,本实用新型提供一种镀膜设备,可以在不额外增加大规模工业化生产设备和生产流程的基础上,实现热氧化层的制备,从而形成低温氧化层和氮化层的叠层结构,从而提高太阳能电池的转化效率,同时满足大规模生产的实际需求。为实现上述目的,本实用新型实施例提供了如下技术方案:一种镀膜设备,在该设备中可形成氧化层和氮化层的叠层,且所述氧化层为低温氧化层,该设备包括:反应腔室;与该反应腔室相连的气体管路,该气体管路连接氧化性气体源,该气体管路为在离子束蒸发设备、磁控溅射设备、APCVD设备、LPCVD设备或PECVD设备上新增的气体管路。优选的,所述镀膜设备还包括:等离子发生装置;[0013]与所述反应腔室相连的等离子加速装置。优选的,所述氧化性气体源是氧气源或臭氧源。与现有技术相比,上述技术方案具有以下优点:在减反射膜镀膜设备中引入氧化性气体管路,在镀膜前先通氧化性气体,使硅片在低温下与氧化性气体接触足够长的时间,在硅片表面形成一层薄氧化硅,然后再进行镀膜步骤,在氧化硅层表面镀减反射膜,形成氧化硅层和氮化硅层的叠层结构,这种叠层结构由于薄氧化硅层的作用,可以进一步提高减反射膜的钝化作用,改进了对硅片的悬挂键和复合中心的钝化效果,并排除在P型硅基底上由于氮化硅的固定正电荷导致的反型层漏电,从而提高太阳能电池的转化效率。同时,这种镀膜设备的设计,只是在镀膜设备中增加一个氧化性气体管路,连接氧化性气体源和镀膜反应腔室,投入简单,并且可以将减反射膜的制作过程与氧化硅形成过程集成到一个设备,避免从氧化设备到镀膜设备转移过程中带来的杂质污染,也省略了氧化之后进入减反射膜沉积设备之前对硅片的再次清洗,避免了增加额外的设备成本,也使工序更加简单,简化了流程,方便投入大规模生产。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例一公开的一种镀膜设备;图2为本实用新型实施例二公开的另一种镀膜设备。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型,但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。其次,本实用新型结合示意图进行详细描述,在详述本实用新型实施例时,为便于说明,表示的设备会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本实用新型保护的范围。正如背景技术部分所述,现有的镀膜设备形成的减反射膜为氮化硅单层结构,钝化效果有限。发明人经研究发现,在磷掺杂的N型扩散层表面高温热氧化Si02/PECVD技术SiNx的叠层结构能取得很好的钝化效果;在?型硅基底上采用高温热氧化Si02/PECVD技术SiNx的叠层结构可以保证高质量的化学钝化并且能排除由于SiNx的固定正电荷导致的反型层漏电。一方面,现有的单层氮化硅减反射膜的化学钝化作用有限,且对于P型硅基底的太阳能电池,会由于氮化硅层的固定正电荷作用导致反型层的漏电,从而降低太阳能电池的效率,而另一方面,氧化硅层有降低太阳能电池表面复合的作用,那么将氧化硅层和减反射膜集合在一起,形成一种氧化硅与氮化硅的叠层结构,这种叠层结构就能保证高质量的化学钝化作用,并且排除在P型硅基底上由于氮化硅的固定正电荷导致的反型层漏电,同时,考虑到叠层结构的光学性能,应使氧化硅层的厚度很薄,以保证不会对叠层结构的光学性能产生负面影响。基于上述原因,本实用新型实施例提供了一种镀膜设备,以解决上述问题,具体描述参见以下实施例。实施例一本实用新型实施例一提供了一种镀膜设备,其结构如图1所示,下面结合图1对该镀膜设备的结构进行详细说明。该镀膜设备可形成氧化层和氮化层的叠层,且所述氧化层为低温氧化层;所述低温氧化层,即形成氧化层的过程中,所述反应腔室的温度接近正常制作减反射膜氮化层的工艺温度。这样就能克服高温热氧化过程中的带来的一些弊端,首先减少了耗能成本,高温热氧化的温度通常在1000°c,且速度较慢,工艺时间长,耗能成本高;其次避免高温环境对硅片质量的影响,对于一些低质量的硅片材料,高温会导致硅片质量的恶化,多晶硅的少子寿命很容易在高温下衰减,而在低温条件下就克服以上问题,减少了物料成本;第三,随着硅片薄片化的发展趋势,高温容易导致硅片发生弯曲变形,而采用低温形成氧化层则克服了这一缺点,适应了硅片薄片化的发展趋势。所述低温氧化层的厚度可以通过控制反应温度、氧化性气体流量、氧化时间长短等方式调节,一般情况下,低温氧化层的厚度很薄,在0.1nm IOnm之间,以避免对叠层结构的光学性能产生负面影响。该镀膜设备具体包括:反应腔室;所述镀膜设备是离子束蒸发设备、磁控溅射设备、APCVD设备、LPCVD设备或PECVD设备,每种镀膜设备都有其对应的反应腔室,放置硅片或者其他种类需要镀膜的材料。与该反应腔室相连的气体管路,该气体管路连接氧化性气体源,该气体管路为在离子束蒸发设备、磁控溅射设备、APCVD设备、LPCVD设备或PECVD设备上新增的气体管路。所述气体管路连接反应腔室和氧化性气体源的方式有多种,在一些本身具有气体管路的镀膜设备中,可以直接通过对气体管路的外接端口进行改进,使其能根据需要先后通入氧化性气体和形成减反射膜所需气体;在一些本身不具有气体管路的镀膜设备中,则直接从腔室向外引入管路,管路可以依附腔室内壁,也可以贯穿腔室中间,且该气体管路的制作及布置按照氧化性特种气体要求操作,只要能达到将氧化性气体注入反应腔室的目的,就符合本实用新型的精神,落入本实用新型的保护范围。所述连接的氧化性气体源是氧气源和臭氧源,也可以为其他具有氧化性的气体源,或者同时含有多种不同氧化性气体的混合气体源。需要强调的是,所述氧化性气体源中也可以是掺杂氯元素的气体,例如在氧化性气体中掺入氯气、氯化氢、三氯乙烯气体和三氯乙烷气体中的至少一种,用来减少氧化硅层中的钠离子等离子污染,改善氧化硅层的质量。在本实用新型的另一实施例中,也可以包括等离子发生装置和与所述反应腔室相连的等离子加速装置,在通氧化性气体的过程中,同时辅助以等离子轰击,将氧化性气体或者掺杂有氯元素的氧化性气体离子化,以增强硅片的氧化速度。下面以直接式管式PECVD镀膜设备为例,如图1所示,对上述镀膜设备的结构进行详细说明。在直接式管式PECVD设备基础上,增加一根氧化性气体管路101,氧化性气体管路101连接了氧气源108和PECVD石英管102 ;将正常清洗后的硅片104放置在石墨舟105上,然后通过泵106带着载有硅片的石墨舟进入PECVD石英管102内,在进行石英管保护气清洗并抽空后,通过加热器103加热石英管102至200°C左右,开始通入纯净的氧气,氧气流量为10L/min,此时继续加热石英管,直至达到正常制作氮化硅减反射膜的工艺温度,此时停止通入氧气;在对石英管进行保护气清洗并抽空后,启动射频电源107,运行正常制作氮化硅减反射膜的工艺,在硅片上制备出低温热氧化层和氮化层的叠层结构。本实施例通过在直接式管式PECVD设备上增加氧化性气体管路,使得可以直接应用直接式管式PECVD实现氧化层和氮化层的叠层结构,且氧化层为低温氧化层。在加热石英管到预设减反射膜工艺温度的过程中,通入氧化性气体,在低温条件下形成氧化层,克服了高温形成氧化层的弊端,然后停止通入氧化性气体,进行正常的减反射膜的制作工艺,即直接应用PECVD就能实现氧化层和氮化层的叠层结构的制作,避免从氧化设备到镀膜设备转移过程中带来的杂质污染,也省略了氧化之后进入减反射膜沉积设备之前对硅片的再次清洗,避免了增加额外的设备成本,也使工序更加简单,简化了流程,方便投入大规模生产。实施例二本实施例二提供了另外一种镀膜设备,本实施例以间接式板式PECVD设备为例,对上述镀膜设备的结构进行详细说明,如图2所示,为此种镀膜设备的立体图。在间接式板式PECVD设备基础上,增加一根氧气管路201,该氧化性气体管路201连接了氧化性气体源208和PECVD真空腔室203 ;将正常清洗后的硅片204置于载物板205上,然后随同载物板205 —起进入PECVD真空腔室203内,然后静置于真空腔室,在进行保护气清洗并抽空后,通过带铜线的石英管202对真空腔室203进行加热,并开始通入纯净的氧气,氧气流量为2L/min,继续加热真空腔室,直至达到正常制作氮化硅减反射膜的工艺温度,此时停止通入氧气;在对真空腔室进行保护气清洗并抽空后,启动微波发生器207,进行正常运行制作氮化硅减反射膜的工艺,此时载物板在真空腔室中移动,同时在硅片表面沉积氮化硅减反射膜,最后在硅片上制备出低温热氧化层和氮化层的叠层结构。本实施例通过在间接式板式PECVD设备上增加氧化性气体管,使得可以直接应用间接式板式PECVD实现氧化层和氮化层的叠层结构的制作,且氧化层为低温氧化层。在加热石英管到预设减反射膜工艺温度的过程中,通入氧化性气体,在低温条件下形成氧化层,克服了高温形成氧化层的弊端,然后停止通入氧化性气体,进行正常的减反射膜的制作工艺,即直接应用间接式板式PECVD就能实现氧化层和氮化层的叠层结构的制作,避免从氧化设备到镀膜设备转移过程中带来的杂质污染,也省略了氧化之后进入减反射膜沉积设备之前对硅片的再次清洗,避免了增加额外的设备成本,也使工序更加简单,简化了流程,方便投入大规模生产。以上所述实施例,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上,然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
权利要求1.一种镀膜设备,其特征在于,在该设备中可形成氧化层和氮化层的叠层,且所述氧化层为低温氧化层,该设备包括: 反应腔室; 与该反应腔室相连的气体管路,该气体管路连接氧化性气体源,该气体管路为在离子束蒸发设备、磁控溅射设备、APCVD设备、LPCVD设备或PECVD设备上新增的气体管路。
2.根据权利要求1所述的镀膜设备,其特征在于,所述镀膜设备还包括: 等离子发生装置; 与所述反应腔室相连的等离子加速装置。
3.根据权利要求1所述的镀膜设备,其特征在于,所述氧化性气体源是氧气源或臭氧源。
专利摘要本实用新型公开了一种镀膜设备,在该设备中可形成氧化层和氮化层的叠层,且所述氧化层为低温氧化层,该设备包括反应腔室;与该反应腔室相连的气体管路,该气体管路连接氧化性气体源,该气体管路为在常规镀膜设备上新增的气体管路。本实用新型实施例通过在镀膜设备中引入氧化性气体管路,可以在此种镀膜设备中形成氧化层和氮化层的叠层结构,进一步提高减反射膜的钝化作用,从而提高太阳能电池的转化效率;并且将氧化层和氮化层的制作过程集成在一个镀膜设备中,此种镀膜设备避免在叠层结构制作过程中增加额外设备成本,简化了制作工艺,方便投入大规模生产。
文档编号H01L31/18GK203034099SQ20122051067
公开日2013年7月3日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者金井升, 黄纪德, 许佳平, 王单单, 蒋方丹 申请人:上饶光电高科技有限公司
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