太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線中新型等離子體刻蝕機(jī)刻蝕工藝探討

陳特超，馬度·巴布，李健志，毛朝斌

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所，湖南長(zhǎng)沙410111 2.UAE Fujairah Ishan能源公司，印度)

當(dāng)石油、煤炭、天燃?xì)獾炔豢稍偕茉搭l頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。各國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，促使太陽(yáng)能電池制造技術(shù)不斷改進(jìn)以及新的光-電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明。可以預(yù)見(jiàn)，太陽(yáng)能電池將是太陽(yáng)輻射能利用的一種比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來(lái)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能開(kāi)辟?gòu)V闊的前景[1]。晶體硅太陽(yáng)能電池工藝中的等離子體刻蝕是將硅片周邊的擴(kuò)散層去除，使硅片兩面形成PN結(jié)。硅片周邊的擴(kuò)散層去除干凈與否，可由太陽(yáng)能電池的漏電流和并聯(lián)電阻來(lái)表征。等離子體刻蝕技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)此工藝的首選。在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝，提升光伏電池性能已成為一種新的精細(xì)技術(shù)。

1 設(shè)備及條件

本工藝研究是在阿聯(lián)酋Fujairah酋長(zhǎng)國(guó)M icrosol公司進(jìn)行，設(shè)備為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所研制的新一代等離子體刻蝕機(jī)，該設(shè)備采用ICP技術(shù)，配備國(guó)際領(lǐng)先水平的RF電源及干式真空泵，大大提高了設(shè)備的可靠性。與國(guó)內(nèi)現(xiàn)在普遍使用的第一代刻蝕機(jī)相比，它的產(chǎn)能大，故障率低，使用、維護(hù)費(fèi)用低，更適合于大規(guī)模工藝生產(chǎn)使用。設(shè)備原理圖如圖1[2]。

圖1 設(shè)備原理圖

2 工藝及實(shí)驗(yàn)

M icrosol公司是UAE首家太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)企業(yè)，目前主要生產(chǎn)150mm×150mm方片單晶硅太陽(yáng)能電池片。本工藝實(shí)驗(yàn)采用150mm×150mm方片，每批刻蝕數(shù)量800片。實(shí)驗(yàn)分幾批進(jìn)行，分別采用改變功率、改變氣體用量、改變工藝時(shí)間、改變工藝壓力等方法進(jìn)行。測(cè)試采用抽檢和全部檢驗(yàn)相結(jié)合，刻蝕完成后先抽檢5片，樣片抽取方法為：最上面的第二片和最下面的第二片，中間的按等距離抽取。采用測(cè)量漏電流的方法檢測(cè)刻蝕效果。最后待電池片完成全部工藝生產(chǎn)工序后進(jìn)行綜合參數(shù)測(cè)試，檢測(cè)并聯(lián)電阻的大小及分布情況，根據(jù)合格要求判定刻蝕效果。

表1 不同功率參數(shù)的實(shí)驗(yàn)效果

表2 不同工藝氣體用量的實(shí)驗(yàn)效果

表3 不同工藝時(shí)間的實(shí)驗(yàn)效果

表4 不同工藝壓力的實(shí)驗(yàn)效果

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出：

（1）隨著射頻功率的增加，刻蝕效果會(huì)更好，但不是說(shuō)射頻功率越大越好，從上表中可見(jiàn)RF功率在850W時(shí)，刻蝕效果反而不好，而且刻蝕后硅片溫升很快，刻蝕完成后硅片溫度較高。可能的原因是功率加大后，反應(yīng)生成的F-C聚合物較多，沉積能力增強(qiáng)，不能及時(shí)抽走，部分沉積在硅片表面，導(dǎo)致刻蝕速率變慢。

（2）隨著氣體用量的變化，刻蝕效果也跟著變化，氧含量較高時(shí)，刻蝕效果較好，可能的原因是氧及時(shí)的與產(chǎn)生的聚合物反應(yīng)，生成氣態(tài)化合物被抽走，增加了F-的濃度，加快了刻蝕速率。

（3）隨著時(shí)間的增加，刻蝕效果變好，時(shí)間越長(zhǎng)刻蝕越好。但時(shí)間太長(zhǎng)，刻蝕的溫升越高，在刻蝕65min后，硅片溫度有90℃左右，不能用手取片。而且時(shí)間越長(zhǎng)，刻蝕后硅片表面滲透刻蝕的現(xiàn)象越嚴(yán)重，我們需要的是在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最好的刻蝕效果，這樣才能使產(chǎn)量提高。

（4）隨著反應(yīng)壓力的變化，刻蝕效果也有變化。反應(yīng)壓力小，氣體分子間平均自由程長(zhǎng)，但等離子體的密度較低，所以刻蝕效果不好；壓力高，等離子體密度高，反應(yīng)速度快，刻蝕速率高。當(dāng)壓力大于80 Pa時(shí)本機(jī)不能正常工作。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了新型刻蝕機(jī)最佳工藝參數(shù)，即 CF4/O2為 360/60，反應(yīng)壓力 40 Pa，RF功率750W，刻蝕時(shí)間25 m in，經(jīng)過(guò)后來(lái)連續(xù)幾天的規(guī)模化生產(chǎn)，均能得到一致的結(jié)果。

[1]中投顧問(wèn).2010-2015年中國(guó)太陽(yáng)能電池行業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告[EB/OL].http://www.ocn.com.cn.2010-11.

[2]王崢，任毅.我國(guó)太陽(yáng)能資源的利用現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].資源與產(chǎn)業(yè)，2010，12(2):89-92.

[3]陳特超，謝利華.太陽(yáng)能電池線中的新型等離子體刻蝕機(jī)的研制[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2010，39(8):41-44.