太陽能電池片PECVD

PECVD部門：電池片部PECVD的介紹PECVD:PlasmaEnhanceChemicalVapour

Deposition等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等離子體：由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動加劇，相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離，這樣物質(zhì)就會變成自由運(yùn)動并由相互作用的正離子、電子和中性粒子組成的混合物。PECVD的目的在太陽電池表面沉積深藍(lán)色減反膜-SiN膜。減少光的反射，增加電池對光線的吸收。對電池的正表面進(jìn)行H鈍化對電池正表面進(jìn)行保護(hù)，防止氧化SiNx:HSiNx:H介紹正常的SiNx的Si/N之比為0.75，即Si3N4。但是PECVD沉積氮化硅的化學(xué)計量比會隨工藝不同而變化，Si/N變化的范圍在0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化硅一般還包含一定比例的氫原子，即SixNyHz或SiNx:HSi/N比對SiNx薄膜性質(zhì)的影響1.電阻率隨x增加而降低2.折射率n隨x增加而增加3.腐蝕速率隨密度增加而降低PECVD的鈍化作用由于太陽電池級硅材料中不可避免的含有大量的雜質(zhì)和缺陷，導(dǎo)致硅中少子壽命及擴(kuò)散長度降低從而影響電池的轉(zhuǎn)換效率。H的鈍化機(jī)理:主要原因是:H能與硅中的缺陷或雜質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而將禁帶中的能帶轉(zhuǎn)入價帶或者導(dǎo)帶。PECVD的鈍化作用鈍化太陽電池的受光面鈍化膜(介質(zhì))的主要作用是保護(hù)半導(dǎo)體器件表面不受污染物質(zhì)的影響，半導(dǎo)體表面鈍化可降低半導(dǎo)體表面態(tài)密度。鈍化太陽電池的體內(nèi)在SiN減反射膜中存在大量的H，在燒結(jié)過程中會鈍化晶體內(nèi)部懸掛鍵。PECVD對電性能影響1.減反射膜提高了對太陽光的利用率，有助于提高光生電流密度，起到提高電流進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換效率的作用。2.薄膜中的氫對電池的表面鈍化降低了發(fā)射結(jié)的表面復(fù)合速率，減小了暗電流，提升了開路電壓，從而提高了光電轉(zhuǎn)換效率；在燒穿工藝中的高溫瞬時退火斷裂了一些Si-H、N-H鍵，游離出來的H進(jìn)一步加強(qiáng)了對電池的鈍化。PECVD:直接式PECVD:間接式間接PECVD的特點(diǎn)：在微波激發(fā)等離子的設(shè)備里，等離子產(chǎn)生在反應(yīng)腔之外，然后由石英管導(dǎo)入反應(yīng)腔中。在這種設(shè)備里微波只激發(fā)NH3，而SiH4直接進(jìn)入反應(yīng)腔。間接PECVD的沉積速率比直接的要高很多，這對大規(guī)模生產(chǎn)尤其重要。PECVD的工藝原理通入的特氣（硅烷和氨氣）在高溫和微波源的激發(fā)下電離，形成等離子態(tài)，并沉積在硅片的表面。膜的厚度主要與溫度，腔體內(nèi)微波源的功率和鍍膜時間有關(guān)。反應(yīng)室通入反應(yīng)氣體硅烷SiH4

氨氣NH3在微波源的激發(fā)下電離形成等離子態(tài)SiNx:H沉積在硅片上等離子體產(chǎn)生圖例SixNyHz的形成過程PECVD特氣的性質(zhì)（1）氨氣（NH3）:是一種刺激性、無色、氣體。氨氣會嚴(yán)重灼傷眼、皮膚及呼吸道。當(dāng)它在空氣中的濃度超過15%時有立即造成火災(zāi)及爆炸的危險。暴露在氨氣中會對眼睛造成中度到重度的刺激。氨氣強(qiáng)烈地刺激鼻子、喉嚨和肺。癥狀包括灼傷感、咳嗽、喘息加重、氣短、頭痛及惡心。過度暴露會影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)并會造成痙攣和失去知覺。暴露在5000ppm下5分鐘會造成死亡。緊急救助眼睛接觸：用大量的水沖洗，立即進(jìn)行醫(yī)療處理。吸入：將人員移到空氣清新處，若呼吸困難，則輸氧，并迅速進(jìn)行醫(yī)務(wù)處理。皮膚接觸：用大量水沖洗，立即脫掉被污染的衣服，并立即進(jìn)行藥物處理。PECVD特氣的性質(zhì)（2）硅烷(SiH4):是一種無色、與空氣反應(yīng)并會引起窒息的氣體。硅烷與空氣接觸會引起燃燒。它的首要危害是引起嚴(yán)重的熱灼傷。嚴(yán)重時會致命。如沒有自燃會非常危險，不要靠近，不要試圖在切斷氣源之前滅火。硅烷會刺激眼睛，硅烷分解產(chǎn)生的無定型二氧化硅顆粒會引起眼睛刺激。吸入高濃度的硅烷會引起頭痛、惡心、頭暈并刺激上呼吸道。過度吸入會引起肺炎和腎病。硅烷會刺激皮膚、硅烷分解產(chǎn)生無定型二氧化硅顆粒會引起皮膚刺激。緊急救助眼睛接觸：應(yīng)立即用水沖洗至少15分鐘，水流不要太快，同時翻開眼瞼，立即尋求眼科處理；皮膚接觸：用大量的水清洗至少15分鐘，脫掉被污染的衣服，如果患者有持續(xù)的刺激感或其他影響需立即進(jìn)行醫(yī)療處理。吸入：盡快移到空氣清新處，如有必要須進(jìn)行輸氧或人工呼吸。PECVD的影響因素1．頻率射頻PECVD系統(tǒng)大都采用50kHz~13.56MHz的工業(yè)頻段射頻電源。較高頻率（>4MHz）沉積的氮化硅薄膜具有更好的鈍化效果和穩(wěn)定性。2．射頻功率增加RF功率通常會改善SiN膜的質(zhì)量。但是，功率密度不宜過大，超過1W/cm2時器件會造成嚴(yán)重的射頻損傷。3．襯底溫度PECVD膜的沉積溫度一般為250～400℃。這樣能保證氮化硅薄膜在HF中有足夠低的腐蝕速率，并有較低的本征壓力，從而有良好的熱穩(wěn)定性和抗裂能力。低于200℃下沉積的氮化硅膜，本征應(yīng)力很大且為張應(yīng)力，而溫度高于450℃時膜容易龜裂。PECVD的影響因素4．氣體流量影響氮化硅膜沉積速率的主要?dú)怏w是SiH4。為了防止富硅膜，選擇NH3/SiH4=2~20（體積比）。氣體總流量直接影響沉積的均勻性。為了防止反應(yīng)區(qū)下游反應(yīng)氣體因耗盡而降低沉積速率，通常采用較大的氣體總流量，以保證沉積的均勻性。5．反應(yīng)氣體濃度SiH4的百分比濃度及SiH4/NH3流量比，對沉積速率、氮化硅膜的組分及物化性質(zhì)均有重大影響。理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉積的氮化硅的化學(xué)計量比會隨工藝不同而變化，但多為富硅膜，可寫成SiN。因此，必須控制氣體中的SiH4濃度，不宜過高，并采用較高的SiN比。除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般還包含一定比例的氫原子，即SixNyHZ或SiNx:H。6．反應(yīng)壓力、和反應(yīng)室尺寸等都是影響氮化硅薄膜的性能工藝參數(shù)。PECVD設(shè)備PECVD設(shè)備PECVD設(shè)備設(shè)備結(jié)構(gòu)晶片裝載區(qū)爐體特氣柜真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)PECVD設(shè)備結(jié)構(gòu)PECVD晶片裝載區(qū)槳、LIFT、抽風(fēng)系統(tǒng)、SLS系統(tǒng)。槳：由碳化硅材料制成，具有耐高溫、防變形等性能。作用是將石墨舟放入或取出石英管。LIFT：機(jī)械臂系統(tǒng)，使舟在機(jī)械臂作用下在小車、槳、儲存區(qū)之間互相移動。抽風(fēng)系統(tǒng)：位于晶片裝載區(qū)上方，初步的冷卻石墨舟和一定程度的過濾殘余氣體SLS系統(tǒng)：軟著落系統(tǒng)，控制槳的上下，移動范圍在2—3厘米PECVD爐體石英管、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)石英管：爐體內(nèi)有四根石英管，是鍍膜的作業(yè)區(qū)域，耐高溫、防反應(yīng)。加熱系統(tǒng)：位于石英管外，有五個溫區(qū)。冷卻系統(tǒng)：是一套封閉的循環(huán)水系統(tǒng)，位于加熱系統(tǒng)的金屬外殼，四進(jìn)四出并有一個主管道，可適量調(diào)節(jié)流量大小。冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):沒有消耗凈室空氣不同管間無熱干涉爐環(huán)境的溫度沒有被熱空氣所提升空氣運(yùn)動（通風(fēng)裝置）沒有使房間污染噪音水平低PECVD冷卻系統(tǒng)示意圖PECVD真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空泵：每一根石英管配置一組泵，包括主泵和輔助泵。蝶閥：可以根據(jù)要求控制閥門的開關(guān)的大小，來調(diào)節(jié)管內(nèi)氣壓的PECVD控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)CMI:是Centrotherm

研發(fā)的一個控制系統(tǒng)，其中界面包括Jobs（界面）、System（系統(tǒng)）、Catalog（目錄）、Setup（軟件）、Alarms（報警）、Help（幫助）.Jobs:機(jī)器的工作狀態(tài)。System:四根管子的工作狀態(tài)，舟的狀態(tài)以及手動操作機(jī)器臂的內(nèi)容。Datalog:機(jī)器運(yùn)行的每一步。PECVD控制系統(tǒng)Setup:舟的資料的更改，工藝內(nèi)容的更改，使用權(quán)限的更改，LIFT位置的更改，CMS安區(qū)系統(tǒng)（安裝的感應(yīng)器將監(jiān)控重要系統(tǒng)的運(yùn)行情況，而一旦不受管的計算機(jī)的控制，CMS將會發(fā)生作用，所有的錯誤信息也都會在CIM上得以簡潔的文本方式顯示出來）的更改等。Alarms：警報內(nèi)容Help:簡要的說了一下解除警報以及其他方面的方法CESAR:控制電腦，每一個系統(tǒng)都安裝了CESAR控制電腦及CESAR控制軟件，此控制電腦獨(dú)立于主電腦系統(tǒng)中。PECVD控制系統(tǒng)示意圖設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)料腔加熱腔工藝腔冷卻腔氣壓計氣壓開關(guān)溫度計電阻絲加熱機(jī)械泵羅茨泵返回運(yùn)輸馬達(dá)和sensorsPositionsensorsDriver紅外加熱出料腔進(jìn)料腔-加熱腔氣壓2.01*10-2mbar溫度：400攝氏度進(jìn)料腔：紅外加熱加熱腔、工藝腔：電阻絲加熱機(jī)械泵、羅茨泵抽真空：GV600無水泵是一個裝有3對凸輪爪馬達(dá)的4沖程泵，包括一臺主泵和一臺備用泵。EH4200是一種大排水量真空泵，這種泵由一個三相電機(jī)通過液態(tài)流進(jìn)行驅(qū)動，其允許在較高的壓力下進(jìn)行操作。PECVD過程進(jìn)料腔(1)加熱腔(2)工藝腔(3)冷卻腔(4)出料腔(5)進(jìn)料腔：有預(yù)熱的作用,在載板進(jìn)入腔體后,先沖入N2,再進(jìn)行抽真空;加熱腔：在工藝中起著加熱的作用;工藝腔：在等離子及真空條件下,硅烷與氨氣在400?C時反應(yīng)生成Si3N4,覆蓋在硅片表面上;進(jìn)料腔與出料腔防止特色氣體溢出,增加安全性.使電池片體逐漸降低溫度冷卻水＊６石英管＊６溫度設(shè)置速度設(shè)置氣壓設(shè)置設(shè)置功率實際功率反射比率角閥氣體流量冷卻水＊４PECVD等離子體源簡圖微波發(fā)生器真空腔基片PECVD電池片檢驗標(biāo)準(zhǔn)看顏色是否合格（合格的顏色為深藍(lán)，藍(lán)色，淡藍(lán)）色差和水印不超過整體面積的5%鍍膜后的折射率在2.0—2.20，膜厚在80±5nm（生產(chǎn)過程中取每批次任意6片進(jìn)行折射率和膜厚的測定）鍍膜后電池片正常片常見缺陷表面發(fā)白表面臟片色差白點(diǎn)水紋片PECVD異常處理異常診斷措施整體鍍膜顏色不符合要求氮化硅層厚度偏離正常范圍調(diào)整帶速至顏色符合要求，偏紫增加帶速，偏藍(lán)降低帶速。鍍膜