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CN112921302A - 光伏电池双向进气钝化沉积装置 - Google Patents

光伏电池双向进气钝化沉积装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏电池双向进气钝化沉积装置，具有一个主机室，主机室内至少具有一个工艺腔室，工艺腔室的一端为炉口端，另一端为封闭的炉尾端，在工艺腔室靠近炉口端的位置上设有第一进气口，在工艺腔室靠近炉口端的位置上设有第一出气口，在工艺腔室靠近炉尾端的位置上设有第二进气口，在工艺腔室靠近炉尾端的位置或者炉尾上设有第二出气口。本发明采用了双向交替的进气方式生长氧化铝膜，可以把氧化铝膜的均匀性大幅提高，在金字塔绒面结构下氧化铝膜的均匀性同样可以控制在3%以内，可以把氧化铝膜更强的场钝化效果发挥出来，降低俄歇复合、SRH复合和表面复合，大大提高了钝化效果。

Description

光伏电池双向进气钝化沉积装置
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，尤其是一种应用在光伏太阳能电池表面沉积中在光伏电池双向进气钝化沉积装置。
背景技术
光伏太阳能电池是一种把太阳的光能直接转化为电能的半导体材料。目前通常使用的是以硅为基底的硅光伏电池，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、晶硅与化合物叠层光伏电池等。PERT电池(Passivated Emitter and Rear Totally-diffused Cell，钝化发射极背面全扩散电池)、PERC电池(Passivated Emitter and Rear Cell，发射极和背面钝化技术)都是新型的光伏电池技术，PERT和PERC电池与常规电池最大的区别在于正表面、背表面介质膜钝化，能有效降低背表面的电子复合速度。而在PERT电池的基础上，TOPCon（TunnelOxide Passivated Contact，隧穿氧化钝化接触）作为一种新型钝化技术已经成为研究热点，该技术是在电池表面生成一层超薄的可隧穿的氧化层和一层高掺杂的多晶硅层。此外，还有异质结（比如HJT）电池结构。
目前较为成熟的钝化方法有：管式ALD原子层沉积钝化设备、平板式ALD原子层沉积钝化设备、管式PECVD二合一钝化设备、平板式PECVD钝化设备等，其中以管式ALD原子层沉积钝化设备为主导，特别是在当前光伏电池在大尺寸182&210等尺寸硅片和新技术路线的推动下，对于硅片表面钝化的均匀性、钝化质量要求极为苛刻。现有PERT电池正面和PERC电池背面都存在金字塔绒面结构，其作用是为了提升电池的转换效率。在对电池表面ALD原子层沉积时，现有的进气方式通常是单向进出气，其可以满足氧化铝的均匀性在片内5%以内的要求，而在金字塔绒面结构上用单向进出的气流方式，其不均匀性会达到10%以上（见图1和图2），这样会大幅影响高效电池效率的能效优势。
发明内容
本申请人针对上述现有ALD钝化设备存在的在金字塔绒面结构上氧化铝膜均匀性差等缺陷，提供了一种光伏电池双向进气钝化沉积装置，通过双向交替进气的方式，改进氧化铝膜层的均匀性，解决氧化铝膜不均匀带来的气孔问题、无场钝化问题、高耗能、EL黑点、EL黑斑等问题，且可以用于硅片的双面钝化应用。
本发明所采用的技术方案如下：
一种光伏电池双向进气钝化沉积装置，具有一个主机室，主机室内至少具有一个工艺腔室，工艺腔室的一端为炉口端，另一端为封闭的炉尾端，在工艺腔室靠近炉口端的位置上设有第一进气口，在工艺腔室靠近炉口端的位置上设有第一出气口，在工艺腔室靠近炉尾端的位置上设有第二进气口，在工艺腔室靠近炉尾端的位置或者炉尾上设有第二出气口。
作为上述技术方案的进一步改进：
在工艺腔室靠近炉口端的侧壁上设有第一进气口，在工艺腔室靠近炉口端的底部设有第一出气口，在工艺腔室靠近炉尾端的侧壁上设有第二进气口。
第一进气口与第二出气口相对应，第一进气口与外部第一进气管路连通，第二出气口与外部第二出气管路连通。
第二进气口与第一出气口相对应，第二进气口与外部第二进气管路连通，第一出气口与外部第一出气管路连通。
第二出气管路分为第一支路和第二支路，第一出气管路、第一支路和第二支路三路合并后与尾气处理装置连通。
第一出气管路上安装有真空阀，第二出气管路上安装有真空计后分为第一支路和第二支路，第一支路上安装有真空阀，第二支路上安装有真空阀。
三路合并方式采用先两路合并再与第三路合并，或者三路同时合并。
尾气处理装置为尾气处理罐。
尾气处理装置经尾气管路与真空泵连通，尾气管路在连通到真空泵之前安装有真空阀。
本发明的有益效果如下：
为了更好的解决上述现有问题，本发明采用了双向交替的进气方式生长氧化铝膜，可以把氧化铝膜的均匀性大幅提高，在金字塔绒面结构下氧化铝膜的均匀性同样可以控制在3%以内，可以把氧化铝膜更强的场钝化效果发挥出来，降低俄歇复合、SRH复合（Shockley-Read-Hall),非平衡载流子复合）和表面复合，大大提高了钝化效果。
本发明在沉积氧化铝薄膜时采用双向交替的进出气方式，改进氧化铝膜的均匀性，最大化地发挥氧化铝钝化硅片表面的悬挂不饱和键，具有良好的场钝化和化学钝化效果，解决氧化铝膜不均匀带来的气孔问题、无场钝化问题、无场钝化问题、高耗能等问题，优于只有单向进出气流方式下氧化铝膜的钝化效果，解决其存在的不均匀钝化缺陷。高均匀性的氧化铝膜能进一步增强化学钝化、场钝化的效果，本发明具有经济性好、环保性好、大规模批量生产可行性高等优点，可广泛应用于PERT、PERC、TOPCon、异质结等电池结构。
附图说明
图1为现有进出气方式的示意图。
图2为现有工艺下的微观示意图。
图3为本发明的简化结构图。
图4为本发明的设备结构图。
图5为本发明进出气方式的示意图。
图6为本发明工艺下的微观示意图。
其中,1、工艺腔室；2、炉口端；3、炉尾端；4、第一进气口；5、第一出气口；6、第二进气口；7、第二出气口；①是方向一；②是方向二。
具体实施方式
参照图3和图4，本发明所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置具有一个主机室，主机室内至少具有一个工艺腔室1，工艺腔室1优选为箱体。工艺腔室1的一端为炉口端2，用于安装炉盖结构，另一端为封闭的炉尾端3。在工艺腔室1靠近炉口端2的侧壁上设有第一进气口4，第一进气口4与外部第一进气管路连通，在工艺腔室1靠近炉口端2的底部设有第一出气口5，第一出气口5与外部第一出气管路连通。在工艺腔室1靠近炉尾端3的侧壁上设有第二进气口6，第二进气口6与外部第二进气管路连通，在工艺腔室1的炉尾上设有第二出气口7，第二出气口7与外部第二出气管路连通。
第一出气管路上安装有真空阀，第二出气管路上安装有真空计后分为第一支路和第二支路，第一支路上安装有真空阀，第二支路上安装有真空阀，第一出气管路、第一支路和第二支路三路合并后与尾气处理装置连通，三路合并方式可以是先两路合并再与第三路合并，也可以是三路同时合并，尾气处理装置优选为尾气处理罐。尾气处理装置经尾气管路与真空泵连通，尾气管路在连通到真空泵之前安装有真空阀。
本发明在实施时，对硅片表面采用双向交替的气流方式沉积氧化铝膜，第一进气口4与第二出气口7相对应形成气流，第二进气口6与第一出气口5相对应形成气流。首先，工艺气体由第一进气管路经第一进气口4进入工艺腔室1内，发生沉积反应后，由第二出气口7经外部第二出气管路排出，经管路传输在尾气处理装置内对尾气进行处理，此时工艺腔室1内排空气体，实现炉口进气、炉尾出气。然后，工艺气体由第二进气管路经第二进气口6进入工艺腔室1内，发生沉积反应后，由第一出气口5经外部第一出气管路排出，经管路传输在尾气处理装置内对尾气进行处理，此时工艺腔室1内排空气体，实现炉尾进气、炉口出气。
具体的，在炉腔内使用双向交替的进出气方式沉积氧化铝薄膜，先采用炉口进气、炉尾出气方式，通入TMA气体2～10秒，氮气吹扫5～20秒，通入臭氧或者气态水2～10秒，氮气吹扫2～10秒，以此为一个周期；再改为炉尾进气、炉口出气方式，通入TMA 气体2～10秒，氮气吹扫5～20秒，通入臭氧或者气态水2～10秒，氮气吹扫2～10秒，以此为第二个周期。这两种进出气方式等周期间隔交替进行。氧化铝厚度控制在5±3nm范围内，折射率控制在1.5～1.7范围内；在各种表面微观结构下，氧化铝均匀性均可控制在3%以内。参与与TMA（Al(CH3)3）一起制备氧化铝生成Al2O3膜的反应物可选包括水、O2、O3其中的任一种或多种。
作为一种举例，本实施例通过ALD或PEALD方式对硅片的背面镀氧化铝膜，参与镀氧化铝膜的反应气体包括TMA、臭氧(O3)以及辅助气体。通过调节TMA和臭氧(O3)比例进行反应制备Al2O3，镀膜速率控制在1.7Å/循环，化学反应式为[Al(CH3)3+O3→Al2O3+CO2↑+H2O↑]。膜厚控制在5±2nm范围内，折射率为1.5～1.7。辅助气体中氩气:TMA比例在2:1 ～ 10:1之间。辅助气体还可以是氮气。
参照图5和图6，本发明采用了双向交替的进气方式生长氧化铝膜，根据工艺不同，交替周期设定为一次、两次或者多次，可以把氧化铝膜的均匀性大幅提高，在金字塔绒面结构下氧化铝膜的均匀性同样可以控制在3%以内，可以把氧化铝膜更强的场钝化效果发挥出来，最大化地发挥氧化铝钝化硅片表面的悬挂不饱和键，具有良好的场钝化和化学钝化效果，解决氧化铝膜不均匀带来的气孔问题、无场钝化问题、无场钝化问题、高耗能等问题。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：具有一个主机室，主机室内至少具有一个工艺腔室（1），工艺腔室（1）的一端为炉口端（2），另一端为封闭的炉尾端（3），在工艺腔室（1）靠近炉口端（2）的位置上设有第一进气口（4），在工艺腔室（1）靠近炉口端（2）的位置上设有第一出气口（5），在工艺腔室（1）靠近炉尾端（3）的位置上设有第二进气口（6），在工艺腔室（1）靠近炉尾端（3）的位置或者炉尾上设有第二出气口（7）。
2.根据权利要求1所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：在工艺腔室（1）靠近炉口端（2）的侧壁上设有第一进气口（4），在工艺腔室（1）靠近炉口端（2）的底部设有第一出气口（5），在工艺腔室（1）靠近炉尾端（3）的侧壁上设有第二进气口（6）。
3.根据权利要求1所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：第一进气口（4）与第二出气口（7）相对应，第一进气口（4）与外部第一进气管路连通，第二出气口（7）与外部第二出气管路连通。
4.根据权利要求3所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：第二进气口（6）与第一出气口（5）相对应，第二进气口（6）与外部第二进气管路连通，第一出气口（5）与外部第一出气管路连通。
5.根据权利要求4所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：第二出气管路分为第一支路和第二支路，第一出气管路、第一支路和第二支路三路合并后与尾气处理装置连通。
6.根据权利要求5所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：第一出气管路上安装有真空阀，第二出气管路上安装有真空计后分为第一支路和第二支路，第一支路上安装有真空阀，第二支路上安装有真空阀。
7.根据权利要求5所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：三路合并方式采用先两路合并再与第三路合并，或者三路同时合并。
8.根据权利要求5所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：尾气处理装置为尾气处理罐。
9.根据权利要求5所述的光伏电池双向进气钝化沉积装置，其特征在于：尾气处理装置经尾气管路与真空泵连通，尾气管路在连通到真空泵之前安装有真空阀。
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