不同類型石墨框鍍膜效果研究

（晶澳太陽能有限公司，河北邢臺 055550）

0.引言

晶硅太陽能電池制作工藝中為了減少電池表面光反射，同時鈍化硅表面懸掛鍵通常需要對硅片表面鍍一層SiN減反射膜；近年來逐步產(chǎn)業(yè)化的鈍化發(fā)射極和局部背接觸（PERC，Passivated Emitter and Rear Local Contact）電池工藝對硅片的背表面鈍化提出了更高要求；需要在硅片背表面鍍Al2O3+SiN疊層膜來進(jìn)行背表面鈍化。目前市場上常用的鍍Al2O3膜層的設(shè)備分為兩大類，一類是采用原子層沉積（ALD，Atomic layer deposition）工藝，一類是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD，Plasma enhanced chemical vapor deposition)工藝[1]；而采用PECVD工藝鍍Al2O3膜層的設(shè)備中，以梅耶博格公司的MAIA設(shè)備應(yīng)用最多。在采用MAIA設(shè)備制備Al2O3+SiN疊層膜的過程中，需要使用一種承載硅片的石墨框。目前廠家提供的均為4＊6（長邊可放置6片硅片，短邊可放置4片硅片，整框一次可承載24片硅片）規(guī)格石墨框；現(xiàn)場運(yùn)行過程中為了在不增加設(shè)備及特氣耗量前提下，提升產(chǎn)能，進(jìn)而達(dá)到降本的作用，特將4＊6規(guī)格石墨框改進(jìn)成5＊6規(guī)格；但同時又出現(xiàn)了繞鍍等工藝異常，本文主要針對不同5＊6石墨框鍍膜效果進(jìn)行了研究，提出了不同類型石墨框所適用的工藝類型，對現(xiàn)場品質(zhì)和降本的改造具有重大意義。

1.實驗設(shè)計

1.1 實驗儀器

本文采用梅耶博格公司的MAIA設(shè)備進(jìn)行鍍膜，用量拓EMPro-PV橢偏儀測試薄膜的膜厚數(shù)據(jù)，采用薄膜5點方差平均值表征鍍膜均勻性:

方差越大均勻性越差，方差越小均勻性越好。

橢偏儀測試工作原理示意圖如圖1所示，由激光器發(fā)出一定波長(λ=632nm)的激光束，經(jīng)過起偏器后變?yōu)榫€偏振光。再經(jīng)過1/4波長片，由于雙折射現(xiàn)象，使其分解成互相垂直的P波和S波，成為橢圓偏振光，橢圓的形狀由起偏器的方位角決定。橢圓偏振光以一定角度入射到樣品上，經(jīng)過樣品表面和多層介質(zhì)（包括襯底－介質(zhì)膜－空氣）的來回反射與折射，總的反射光束一般仍為橢圓偏振光，但橢圓的形狀和方位改變了，一般通過反射前后偏振狀態(tài)的變化，就可以算出薄膜的折射率n和厚度d[2]。

圖1 橢偏儀測試原理

1.2 試驗樣品處理及過程設(shè)計

試驗樣品原料硅片采用邢臺晶龍電子材料有限公司生產(chǎn)的8’單晶硅片，電阻率范圍1Ω·cm～3Ω·cm，硅片厚度180±5μm，為保證實驗單一變量，實驗樣品硅片采用同一根硅棒相同部位切割硅片。

將實驗樣品經(jīng)過PERC工藝（如圖2）處理至濕刻后MAIA鍍膜前庫存；然后根據(jù)不同類型的石墨框處理硅片進(jìn)行分類，將樣品分為以下4種類型，每種類型300片；分別對每框電池MAIA鍍膜后抽取相同位置五片測試膜厚數(shù)據(jù)，并且計算相應(yīng)的平均值、片內(nèi)均勻性（每片測試5點求取片內(nèi)均勻性）和片間均勻性。

圖2 PERC工藝流程

樣品1硅片采用全鏤空石墨框（如圖3）進(jìn)行背面鍍膜，其他工序不變。

圖3 全鏤空石墨框

樣品2硅片采用全封閉石墨框（如圖4）進(jìn)行背面鍍膜，其他工序不變。

圖4 全封閉石墨框

樣品3硅片采用前后行封閉石墨框（如圖5）進(jìn)行背面鍍膜，其他工序不變。

圖5 前后行封閉石墨框

樣品4硅片采用前后行半封閉石墨框（如圖6）進(jìn)行背面鍍膜，其他工序不變。

圖6 前后行半封閉石墨框

以上4種樣品分別對應(yīng)不同石墨框鍍膜之后，采用量拓EMPro-PV橢偏儀測試薄膜的膜厚數(shù)據(jù)，并且根據(jù)測試值計算每種石墨框?qū)?yīng)的平均膜厚、片間均勻性以及片內(nèi)均勻性。同時根據(jù)成品電池外觀以及石墨框清洗周期等問題進(jìn)行優(yōu)劣勢對比。

2.結(jié)果與分析

通過對以上4種樣品的測試發(fā)現(xiàn)，相同工藝條件下，樣品2膜厚最高均勻性最好，無跳色或邊緣色差異常。詳細(xì)數(shù)據(jù)如圖7～圖8所示。

圖7 不同樣品平均膜厚數(shù)據(jù)

圖8 不同樣品均勻性數(shù)據(jù)

將4種樣品加工為成品電池之后，效率持平；連續(xù)生產(chǎn)一段時間之后，根據(jù)4種石墨框的表現(xiàn)將其優(yōu)劣勢匯總?cè)绫?所示。

表1 不同石墨框優(yōu)劣勢對比

樣品1石墨框鍍膜后前后行單片片內(nèi)正面色差，主要是由于全鏤空石墨框前后行石墨條較窄，不能有效阻擋氣流，易形成繞鍍，影響鍍膜效果。

樣品2石墨框整體鍍膜均勻性正常，隨著時間的推移，實心部位沉積較多氮化硅顆粒，易造成碎片等異常，清理難度增加，清洗周期明顯縮短。

樣品3石墨框前后兩列封閉框，前后兩列封閉框較中間三列膜厚偏高4nm～8nm左右，前后封閉位置較鏤空位置較中間位置膜厚偏差較大，主要受硅片受熱不均勻影響[3]（鏤空位置與封閉位置實際溫度偏差大）。

樣品4石墨框效果與樣品3 類似，鏤空位置與封閉位置鍍膜顏色差異明顯。

3.結(jié)論

本文通過系統(tǒng)的實驗測試以及數(shù)據(jù)分析，最終根據(jù)不同類型石墨框優(yōu)劣勢對比數(shù)據(jù)，給出了不同石墨框所適用的工藝類型如下：

（1）石墨框鏤空與封閉條件，由于硅片受熱不一致導(dǎo)致鍍膜顏色差異。

（2）鏤空石墨框受繞鍍影響，正面邊緣色差明顯。

（3）封閉石墨框鍍膜效果整體較均勻，片內(nèi)、片間無明顯異常。

（4）根據(jù)組件顏色要求，可以選擇不同類型石墨框，如對顏色無要求可選擇樣品1 類型石墨框，如對正膜有要求對背面顏色無要求可選擇樣品3、樣品4類型石墨框，如對顏色均勻性要求較高，需選擇樣品2類型石墨框。