PECVD镀膜工艺优化

　　摘要：本研究了晶硅太阳能电池板式PECVD镀膜设备的镀膜均匀性造成的颜色差异对组件外观以及工艺的影响。以梅耶博格的SINAI设备为例，讨论了产生颜色差异的因，以及解决颜色差异并进行颜色优化及镀膜均匀性优化的方案，通过本方案对板式PECVD镀膜进行单片有针对性的调整，来缩小各片间颜色的差异，从而对镀膜均匀性和颜色进行优化。

1研究背景与内容

　　随着市场需求的发展，组件系统外观越来越被太阳能行业重视，组件外观主要受电池镀膜颜色的影响，晶硅电池生产工艺中，PECVD镀膜颜色至关重要。采用PECVD设备制备的氮化硅膜，具有非常好的抗氧化和绝缘性能，其化学性能也非常稳定，除氢氟酸能腐蚀外，不与其他酸发生化学反应。因此，PECVD镀膜在晶硅太阳能领域有非常广泛的应用。本研究的主要内容为：通过对设备最后一组特气管路进行改造，实现单片镀膜膜厚折射率的调整，来优化镀膜均匀性和颜色。

2研究方案

　　PECVD镀膜即等离子气象化学沉积，制备氮化硅薄膜的化学反应方程式为：SiH4＋NH3→Si3N4＋H2↑。氮化硅薄膜的基本制备方法是：在反应腔室通入适量的反应气体SiH4和NH3，在低温和微波电离环境下经一系列化学反应和等离子体反应，在硅片表面形成氮化硅薄膜。

　　2.1实验设备选型及改进方案

　　实验设备采用梅耶博格的SINAI板式镀膜设备，实验硅片为P型多晶硅片，尺寸为156mm×156mm、厚度200um。选取经同一制绒、磷扩散、湿法刻蚀工艺处理的片子400片，均分成2组，分别为A、B组，其中A组为参照组。A组在正常SINAI设备进行镀膜，B组使用改进特气管路的SINAI设备。改进特气管路将最后一根整体的管路改为7段小管路，其中中间5段和石墨载板上的硅片位置对应，用于调整各片间膜厚折射率的差异，进而优化镀膜颜色，两端各1段用于补偿石墨载板对镀膜红边的影响，两侧小管路初始状态为关闭。

　　2.2实验参数的设定

　　影响镀膜的因素有工艺压强、微波功率、脉冲开关比、工艺温度、气体流量配比、带速。基于各因素对氮化硅镀膜的影响，两组实验各工艺参数设定如表1。

3研究结果与讨论

　　镀膜后的硅片用同一椭偏仪测试膜厚和折射率，测试片均取同一石墨舟一排的5片，每片测试5也均为同一位置，5个测试为中心和四个角部的四。

　　3.1实验参数调整及结果

　　两组实验采用微波时间60小时进行，A组直接投入，B组实验投入前使用初始气流量值进行镀膜调试，两侧有红边，且中间一片膜厚偏厚，故对最后一组特气流量进行调整，如表2所示。镀膜质控要求范围膜厚80+-2nm、折射率2.10+-0.02，两组实验镀膜测试数据如表3。

表2

　　将两组实验镀膜后硅片在同一设备进行丝网印刷和效率测试，电池参数如表4所示。

　　3.2研究结果讨论

　　由表3可以出实验组B组膜厚均匀性0.373明显优于参照组A组1.395，折射率均匀性也明显较好，均匀性为AVEDEV函数即衡量数据的离散程度，越小说明数据越好。各片膜厚平均值的最大值和最小值差A组为4.38nm、B组为0.74nm，各片折射率平均值的最大值和最小值差为A组为0.042、B组为0.0045。分布图如图1。由表4可出，实验组效率18.6613%略高于参照组18.6586%。使用GPSolarCell-Q颜色分选机分别对两组实验进行颜色分选，用单片色度均值表示颜色深浅，汇总数据如图2。

　　A组色度数据较B组分散，且实验组B组色度数据标准差为3.98468，明显优于参照组A组7.39769，数据如表5，B组数据比较集中，颜色差异较小。

4结语

PECVD镀膜均匀性较差时，通过调整最后一组各管路流量来调整单片膜厚折射率，能缩小各片间差异，能够优化镀膜均与性，同时优化硅片镀膜颜色及成品电池颜色。

　　参考献

　　[1]马丁·格林．太阳电池工作理、工艺和系统的应用[M]．北京：电子工业出版社，1989．

　　[2]沈辉，曾祖勤．太阳能光伏发电技术[M]．北京：化学工业出版社，2005．

张晓朋，李翠双，刘海金，闫兰，赵培

光伏材料与技术国家重实验室；英利能源（中国）有限公司

来源：第十七届中国光伏学术大会（CPVC17）