一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法技术

本发明专利技术公开了一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，该发明专利技术为PECVD生长SiO

An integrated coating method of silicon oxide and doped amorphous silicon for TOPCON battery

【技术实现步骤摘要】
一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法
本专利技术涉及太阳能电池制备
，特别涉及一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法。
技术介绍
近年来TOPCon电池技术量产应用非常迅速，其技术的核心是制取极薄的SiO2薄层和制备掺杂的多晶硅层，目前的行业现状是先制取SiO2再制取非晶硅膜层，然后通过离子注入方式实现非晶硅层掺杂，需要3台设备分3道工序依次进行，最后通过退火形成掺杂的多晶硅(Poly)层，从而导致工艺流程较为复杂，具有设备投入成本高、载具周转复杂且维护周期短等不足。此外，现有工艺过程中，使用等离子沉积(PECVD)制备SiO2时，使用SiH4和O2分开的进气方式进入到反应腔体内部，通过射频电源(RF)激发电离后，两种气体快速反应生成SiO2薄膜，其缺点是，离子源、腔体内部及载板上都容易附着反应产物，伴有掉渣问题产生，需要经常维护，维护成本高，维护周期短。同时，另一种制备掺杂非晶硅方法，即采用物理气相沉积(PVD)，通过在等离子激发氩气生产的氩离子轰击已经掺杂好磷的硅靶，溅射下来的硅磷原子沉积到表面而形成。非晶硅中掺杂浓度取决于靶材掺杂浓度，其缺点是掺磷硅靶尤其是高浓度掺杂的硅靶难以制作，导致没有稳定可靠的硅靶材用于量产镀膜，从而导致硅靶材制作成本高、稳定性差而影响TOPCon电池的质量。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，包括如下步骤：(1)首先提供一体式连续镀膜设备，其包括依次一体设置的装载腔、加热腔、PECVD工艺腔、PVD工艺腔、冷却腔及卸载腔，在PECVD工艺腔和PVD工艺腔之间设置有真空的隔离腔；(2)在步骤(1)所述的一体式连续镀膜设备中，经过清洗的硅片放置在载板上，载板经过装载腔内装载后进入加热腔，在加热腔内进行硅片和载板加热；(3)步骤(2)中经过加热的硅片进入PECVD工艺腔进行SiO2薄膜制备；(4)步骤(3)中经过SiO2镀膜的硅片经过隔离腔后进入到PVD工艺腔进行掺杂非晶硅层制备；(5)步骤(4)中掺杂工艺完成后的硅片经卸载腔将硅片卸到其它载具上，然后经过下道退火工序后形成掺杂的非晶硅膜层。本专利技术提供的一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，还包括如下附属技术方案：其中，步骤(2)中，硅片和载板在加热腔内采用多个红外灯管共同加热，或者使用加热板加热，或者采用红外加热和加热板同时加热；加热温度为100～500℃。其中，步骤(3)中，在PECVD工艺腔内进行SiO2薄膜制备时，离子源从上方通入O2并在射频电源激发下生成活性氧原子，活性氧原子与硅片表面反应生产SiO2薄膜，然后进入下一步的PVD工艺腔；其中，氧化过程中，压强为2～20Pa，沉积温度为200～500℃，功率为10～1000W。其中，步骤(4)中，在PVD工艺腔内进行掺杂非晶硅层制备时，使用Ar和磷烷的混合气体在磁场中经等离子激发产生氩离子并溅射硅靶材，从而制作掺磷非晶硅薄膜；其中，反应过程中，功率为1000～30000W，压力为0.1～10Pa，温度为100～700℃，反应时间0.1～5min，优选的为0.4～4min。其中，步骤(4)中，所述靶材为旋转式纯硅柱靶材或掺磷硅靶材。其中，步骤(4)中，所述PVD工艺腔包括多个连续的腔体，多个腔体内的靶材均为旋转式纯硅柱靶材或具有相同或不同浓度的掺磷硅靶材，且多个腔体内的Ar和磷烷具有相同或不同的流量比，从而制作不同掺杂浓度的非晶硅薄膜；其中，基于多个腔体内使用旋转式纯硅柱靶材或相同浓度的掺磷硅靶材且Ar和磷烷具有相同掺杂比时，通过连续溅射镀膜的方式获得相同掺杂浓度的多层膜层；或者，基于多个腔体内使用旋转式纯硅柱靶材或相同浓度的掺磷硅靶材且Ar和磷烷具有不同掺杂比时，通过连续溅射镀膜的方式获得不同掺杂浓度的复合膜层尤其是梯度膜层；或者，基于多个腔体内使用旋转式纯硅柱靶材或不同浓度的掺磷硅靶材且Ar和磷烷具有相同掺杂比时，通过连续溅射镀膜的方式获得不同掺杂浓度的复合膜层尤其是梯度膜层。进一步的，步骤(4)中，所述PVD工艺腔的多个连续的腔体之间均通过真空的隔离腔进行隔离以防止反应气氛交叉污染而影响不同腔体内的不同镀膜效果。进一步的，步骤(1)中，所述PVD工艺腔与卸载腔之间还设置有真空的隔离腔，通过隔离腔将PVD工艺腔与卸载腔隔离以防止卸载腔的残余气体进入PVD工艺腔。通过上述技术方案，本专利技术的结构特点为板式inline结构设备，PECVD工艺为线性离子源使用RF激发等离子体放电，PVD工艺为不同掺杂(或不掺杂)靶材组合用于制备不同浓度的掺杂层或者梯度掺杂层；其中，PECVD工艺制备SiO2膜层的工艺原理：硅片经过装载腔进入到加热腔进行硅片和载板加热，然后进入SiO2工艺腔，离子源从上方通入O2并在RF激发下生成活性氧原子，活性氧原子与硅片表面反应生产SiO2膜层，通过隔离腔隔离后续的工艺腔以防止反应气氛交叉污染，随后进入下一步的PVD工艺腔；PVD工艺制备多层相同或不同掺杂浓度非晶硅的工艺原理：载板进入到PVD工艺腔后，使用Ar和磷烷的掺杂工艺气体轰击溅射靶材，制作不同掺杂浓度非晶硅薄膜，掺杂浓度取决于掺磷硅靶材的磷掺杂浓度(或旋转式纯硅柱靶材)和Ar与磷烷的流量比，这种多个不同掺杂腔室连续溅射镀膜的方式方便制作相同掺杂浓度的膜层或者不同掺杂浓度的多种复合膜层尤其是梯度膜层，工艺完成后从卸载腔卸载到其他载具出腔体，经过下道退火工序后形成磷掺杂的非晶硅膜层。因此，基于上述结构及工艺特征，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术为PECVD生长SiO2和反应式PVD生长不同掺杂浓度非晶硅的一体式镀膜方案，通过将现有的3个独立制造工序合并成一个一体式的工序，实现制造环节高度整合，减少生产工序，并能最大限度延长SiO2镀膜设备和载板的维护周期以提高在线生成利用率，还可以避免使用难以制作的掺磷硅靶材，从而有效降低TOPCon电池的生产成本；(2)PECVD生长SiO2采用射频电源激发，线性离子源出纯O2的方式实现，从而有效避免了离子源、腔体内部、载板容易附着反应产物及伴有掉渣的问题，不需要经常维护，从而有效降低了维护成本；(3)PVD工艺的靶材使用旋转式纯硅柱靶材或掺磷硅靶材，并配合PVD工艺气体使用Ar和磷烷的混合气体，磷烷由Ar携带进入腔体实现掺杂，因此避免了使用难以制作的高浓度掺磷硅靶材(甚至可以直接使用旋转式纯硅柱靶材)，从而降低了TOPCon电池的生产成本；(4)PVD工艺的靶材还可以由多个靶材组合而成，镀膜过程可以分成多个独立单元腔室，单元腔室之间根据需要可以增加隔离腔以避免反应气氛相互污染，从而满足了不同多晶硅膜层的制备需求。附图说明图1为实施例所公开的一种一体式连续镀膜设备结构示意图；图2为实施例所公开的另一种一体式连续镀膜设备结构示意图。具体实施方式实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)首先提供一体式连续镀膜设备，其包括依次一体设置的装载腔、加热腔、PECVD工艺腔、PVD工艺腔、冷却腔及卸载腔，在PECVD工艺腔和PVD工艺腔之间设置有真空的隔离腔；/n(2)在步骤(1)所述的一体式连续镀膜设备中，经过清洗的硅片放置在载板上，载板经过装载腔内装载后进入加热腔，在加热腔内进行硅片和载板加热；/n(3)步骤(2)中经过加热的硅片进入PECVD工艺腔进行SiO

【技术特征摘要】
1.一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先提供一体式连续镀膜设备，其包括依次一体设置的装载腔、加热腔、PECVD工艺腔、PVD工艺腔、冷却腔及卸载腔，在PECVD工艺腔和PVD工艺腔之间设置有真空的隔离腔；
(2)在步骤(1)所述的一体式连续镀膜设备中，经过清洗的硅片放置在载板上，载板经过装载腔内装载后进入加热腔，在加热腔内进行硅片和载板加热；
(3)步骤(2)中经过加热的硅片进入PECVD工艺腔进行SiO2薄膜制备；
(4)步骤(3)中经过SiO2镀膜的硅片经过隔离腔后进入到PVD工艺腔进行掺杂非晶硅层镀膜；
(5)步骤(4)中掺杂工艺完成后的硅片经卸载腔将硅片卸到其它载具上，然后经过下道退火工序后形成掺杂的多晶硅膜层。


2.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，其特征在于，步骤(2)中，硅片和载板在加热腔内采用多个红外灯管共同加热，或者使用加热板加热，或者采用红外加热和加热板同时加热；加热温度为100～500℃。


3.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，其特征在于，步骤(3)中，在PECVD工艺腔内进行SiO2薄膜制备时，离子源从上方通入O2并在RF激发下生成活性氧原子，活性氧原子与硅片表面反应生产SiO2薄膜，然后进入下一步的PVD工艺腔；其中，反应过程中，压强为2～20Pa，沉积温度为200～500℃，功率为10～1000W。


4.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池的氧化硅和掺杂非晶硅的一体式镀膜方法，其特征在于，步骤(4)中，在PVD工艺腔内进行掺杂非晶硅层制备时，使用Ar和磷烷的混合气体在磁场中经等离子激发产生氩离子并溅射硅靶材，从而制...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官泉元，刘宁杰，
申请(专利权)人：江苏杰太光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32