管式PECVD设备腔内大容量石墨舟力学性能的数值分析

提高等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备的氮化硅薄膜品质在太阳电池光电转换效率领域有举足轻重的作用。承载大量硅片的石墨舟是管式PECVD设备中的关键核心部件,随着生产效率的不断提升,热力耦合环境下腔内大容量石墨舟力学性能的稳定性引人关注。通过CAD软件建立石墨舟有限元模型并使用ANSYS仿真软件进行热力学仿真研究,综合分析其在高温条件下受力、受热后的变形情况。研究结果显示:结构自重是石墨舟形变及应力集中产生的主要因素,温度产生的影响并不明显;采用结构增强设计可有效提升石墨舟整体的力学性能。

TMA杂质元素对二合一管式PECVD影响分析

二合一管式PECVD是晶硅太阳能电池生产环节中用于制备氧化铝+氮化硅钝化减反射薄膜的常用机台,是提升电池光电转换效率不可或缺的工序,同时也是影响良率的重要工序。TMA(三甲基铝)作为氧化铝制备时的反应气体,其纯度以及杂质含量严重影响电池的光电转化效率、良率。经研究发现,TMA中Cl元素杂质含量过高,可能导致机台尾排粉末量大、喷气嘴堵塞等现象,最终影响电池效率。

面向TOPCon晶体硅太阳电池产业应用的管式PECVD装备及其配套技术分析

隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)晶体硅太阳电池(下文简称为“TOPCon太阳电池”)被广泛认为是产业用下一代主流高效晶体硅太阳电池技术,目前仍处于产业化应用开发阶段,在技术路线选择、核心材料制备等方面仍存在不少难题有待解决,尚未实现大规模量产推广。首先介绍了TOPCon太阳电池技术的研究进展,并分析了现有产业技术的不足,这种不足主要体现在现阶段该产业采用的主流的低压化学气相沉积(LPCVD)技术存在不足;然后详细分析了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术的优、缺点及产业的应用现状,重点介绍了管式PECVD装备及其配套技术(下文简称为“管式PECVD装备技术”)的特点及发展进程,并分析了该装备技术在TOPCon太阳电池量产推广方面的应用潜力。研究结果表明:管式PECVD装备技术在制备低成本、高性能的TOPCon太阳电池用重掺杂多晶硅层和超薄氧化硅层等方面具有综合优势,其在非晶硅层沉积和原位掺杂等关键步骤的实现方面效率更高,可集成超薄氧化硅层的原位制备,又兼具装备价格低、维护简易、可靠性高、占地面积小等优点,因此,管式PECVD装备技术有望成为TOPCon太阳电池生产的一种重要的产业化技术路线。

管式PECVD氮化硅薄膜不同退火环境的工艺研究

研究了在真空与氮气两种环境中不同的退火温度和退火时间对氮化膜薄膜性能影响,测试了退火后氮化硅薄膜的膜厚、折射率、少子寿命以及电性能参数。结果表明,多晶硅管式PECVD真空退火环境优于氮气,并确定当退火温度在450℃、退火时间20 min时,工艺参数最佳。当温度过高过低均不利于膜厚的增加也不利于形成良好的欧姆接触,且此时光电转换效率较差。折射率的变化却不同,其最大值是在低温下达到的,此时氮气环境更有利于高折射率的获得。此外,还就膜厚和折射率随温度、环境变化的情况进行了详细的讨论。

管式PECVD工艺对组件PID的影响研究

以多晶硅电池管式等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)工艺对组件电势诱导衰降(potential induced degradation,PID)的影响为研究对象,进行了实验验证分析,研究结果表明:多层膜比单层膜的抗PID性能好,去除预淀积步骤可以明显改善抗PID性能,膜厚一定时,折射率尤其是接触硅片子层的折射率越高,抗PID性能越好;折射率一定时,膜厚尤其是接触硅片子层膜越厚,抗PID性能越好。通过优化多晶硅电池管式PECVD工艺参数,可以提升组件抗PID性能。

预热型管式PECVD设备结构及其对镀膜性能影响的研究

研究了预热型管式PECVD设备的结构及其对镀膜性能的影响。通过合理利用管式PECVD设备的净化台空间,对常规型管式PECVD设备的整体结构进行了优化设计,增加了具有预热功能的结构部件;然后通过实验研究了该预热型管式PECVD设备对沉积氮化硅薄膜工艺的影响。实验结果表明:预热型管式PECVD设备不仅能减少镀膜工艺的时长,提高产能,而且有利于提高炉管反应室截面温度场的均匀性、所镀膜厚的均匀性、太阳电池光电转换效率分布的集中度,从而有利于提高太阳电池的电性能,可在实际生产中推广应用。

管式PECVD工艺对太阳电池镀膜颜色均匀性的影响研究

高效单晶PERC电池为当前太阳电池产业中主要的大规模扩张方向,其主要的生产流程包括制绒、磷扩散、掺杂、刻蚀、PECVD、丝网印刷、烧结等工序,其中PECVD工序负责光学减反射氮化硅薄膜的制备和表面钝化的重要任务,其对高效单晶PERC电池的外观和效率起到重要影响。本文通过设计改变管式PECVD工艺中的新旧卡点选用和石墨舟运行次数的参数,探索了影响镀膜颜色的均匀性的规律,得出了有利于改善镀膜颜色均匀性的结论。

管式PECVD设备多晶硅镀膜均匀性的改善研究

为改善多晶硅片在管式PECVD设备中的镀膜均匀性,主要从镀膜工艺参数的设定、硅片制绒面反射率及石墨舟状态这3个方面进行了镀膜均匀性研究。结果表明:在保证良率的前提下,当外层压力为1700 mTorr、内层氮硅比为4.487、射频功率为7600 W时,调节直接链接变量(DLV)优化石墨舟各区温度且定期清理腔体内部的碎片可改善镀膜均匀性;在一定范围内,制绒面反射率增加,片内均匀性更优;新石墨舟对镀膜均匀性有明显改善,在使用周期内,运行30次时均匀性达到最优。

管式PECVD法沉积的Si_(y)N_(x)/SiO_(x)N_(y)叠层膜的研究

本文对采用管式等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积的氮化硅与氮氧化硅(Si_(y)N_(x)/SiO_(x)N_(y))叠层膜进行了实验研究,结果表明:在硅片正面镀膜时增加SiO_(x)N_(y)膜层,既可以增强正面的钝化效果,还可以降低对光的反射率,增加光吸收率,从而提升太阳电池的短波响应能力,通过对膜层组分和反应气体流量等工艺参数进行匹配优化,使太阳电池的光电转换效率提升了0.07%;利用Si_(y)N_(x)/SiO_(x)N_(y)叠层膜抗氧化、抗钠离子的特性,使太阳电池的抗电势诱导衰减(PID)性能提升了22%。

基于管式PECVD镀膜时间的防错程序设计与应用

针对太阳能电池镀膜工艺中的沉积时间DLV手动录入易出错问题,提出了沉积步骤优化设计方案。该方案补充了DLV防错程序,使得操作员第一时间发现异常报警能及时处理,有效地降低了人为错误而导致产线的不合格率。

管式PECVD设备的温控系统调节对镀膜均匀性的影响分析

以管式PECVD设备的温控系统调节对镀膜均匀性的影响为研究对象,通过实验研究的方法,分别研究了温控系统调节中温区的温度设置、加热时间设置、整体温度设置,以及舟片间距设置对管式PECVD设备镀膜均匀性的影响。研究结果表明:将炉口到炉尾的温度设置为依次降低的趋势,或增加加热时间,或整体温度降低都可以缩小内、外舟片的温度差异,进而均可以明显改善管式PECVD设备的镀膜均匀性;另外,利用舟片间距不等的石墨舟可以解决由固定舟片位置产生的色差问题,外舟片间距由11 mm调整到12 mm可以明显改善由于外舟片受热程度高而带来的膜厚及折射率偏高的情况。

在线式管式PECVD上下料机的研制

太阳能是一种永不枯竭的清洁能源,储量丰富,太阳能的利用可以改善能源结构,推进新能源的快速发展。光伏电池是把太阳能转换为电能的产品,我国已成为光伏电池的最大生产国,在光伏电池生产过程中,在线式管式PECVD上下料机能够有效地替代人工,解决了人工劳动强度大、效率低、碎片率高的缺点,已广泛用于光伏电池制造的产业链中。

大管径PECVD设备加热时的总功率调控方法

针对大管径等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备炉管数量增多,以及炉管加热时设备功率增大,从而导致设备总功率超过车间最大允许功率限制的情况,以大管径6管PECVD设备为例,通过利用控制系统实时监测各炉管的工艺过程状态、加热功率输出需求等数据,根据每个炉管温度对该炉管工艺的影响程度,智能调控各炉管各温区的加热功率输出上限,确保了设备总功率保持在最大允许功率之内。实测结果显示:即使在6个炉管同时启动工艺的极端工况下,通过采用提出的加热时总功率调节方法,设备整体产能受到的影响也不会超过8%。所提调节方法有效解决了设备总功率需求和车间厂务供能指标之间的矛盾。

光伏电池管式设备漏率的影响分析

文章介绍了在光伏电池生产过程中管式等离子增强化学气相淀积炉(PECVD)的工艺原理,阐述了设备产生漏率异常的原因,对设备产生漏率后的原因进行分析。通过多种措施分析产生漏率的原因,找到问题点,减少设备隐患,提高设备运行效率,管式PECVD是光伏电池片制程过程中的重要工序,设备的稳定性是保障电池产线高效运行的重要指标,优化后的管式PECVD设备将在太阳电池产业化制造领域会得到较好的提升及应用。

双层SiN_x∶H减反膜多晶硅太阳电池及其组件性能研究

利用管式PECVD在多晶硅片上获得钝化效果和减反性能优异的双层SiNx：H薄膜，其中底层和顶层SiN；折射率分别为2．35和2．01，膜厚为17nm和67nm。薄膜的折射率通过改变反应气体的Si／N比进行调控，底层SiN，制备时Si／N比越大，反射率越低，而电池Jsc先增加后下降。反射率曲线、外量子效率（EQE）和电学性能表明，和单层膜相比，双层膜的短波部分（300—650nm）反射率远低于单层膜；其电池在680～950nm波段光谱响应较单层膜稍好；电池Uoc和Isc均有较大提升，光电转换效率绝对值提高了0.193％。同时，双层膜电池组件的封装功率损失略低于单层膜电池组件。

石墨舟对二次镀膜工艺的影响

本文主要研究管式PECVD的二次镀膜工艺优化,通过对石墨舟使用次数与状态的实验对比分析,得出未经镀膜或者镀膜次数较少的石墨舟可以改善二次镀膜不良片的产生的结论;最终通过二次镀膜工艺改进,提升了产线的合格率与产量,保证了产线电池片半成品的质量。

背膜工艺占功比对PERC太阳电池效率影响的研究

研究了一种通过调整A型416管式PECVD的背膜工艺占功比,使等离子体辉光放电稳定均匀,改善PERC多晶硅太阳电池背膜均匀性,同时提升电池效率的方法。

石墨舟卡点处硅片及单晶硅太阳电池品质异常的研究

在太阳电池制备过程中,采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺对硅片背面镀膜是其重要工序之一,但石墨舟卡点处的硅片在镀膜后常出现瑕疵,且制备的太阳电池进行电致发光(EL)测试时石墨舟卡点处存在EL发黑的情况,严重影响太阳电池的品质。基于此,以利用二合一管式PECVD设备进行硅片背面镀膜时出现的石墨舟卡点处硅片瑕疵及单晶硅太阳电池EL发黑的异常现象为研究对象,分析了此种PECVD设备镀膜时,射频电流、石墨舟卡点形状及石墨舟清洗液配方对石墨舟卡点处硅片和单晶硅太阳电池品质异常的影响,并提出了解决方案。结果表明:利用二合一管式PECVD设备进行硅片背面镀膜时,采用低射频电流、石墨舟采用与硅片接触面积大的卡点形状、石墨舟清洗液配方选择单纯的氢氟酸溶液,能有效解决石墨舟卡点处硅片和单晶硅太阳电池品质异常的情况,显著提升硅片使用该PECVD设备镀膜时的品质及太阳电池良品率。

实现组件PID合格的工艺研究

主要研究了用在管式PECVD沉积SiO_2-Si_3N_4叠层钝化膜对电池片效率及组件PID的影响。叠层钝化膜可以通过管式PECVD工艺一次性完成。沉积SiO_2-Si_3N_4叠层膜与常规Si_3N_4膜进行对比,电池片效率可以提升0.07%,其中短路电流和开路电压提升明显。沉积SiO_2-Si_3N_4叠层膜电池的组件可以实现PID合格。

石墨舟印EL发黑异常原因及解决措施

本文基于目前晶硅SE-PERC电池生产工艺,针对管式PECVD石墨舟印EL发黑产生的原因验证分析及提出解决措施。研究结果表明,石墨舟清洗机、烘干机杂质尤其是金属杂质污染石墨舟,石墨舟长时间呆滞暴露在环境中吸附杂质和水分,石墨舟工艺过程中出现真空泵突然停止粉尘喷舟,均会导致电池片石墨舟印EL发黑异常的产生;识别这些因素并制订相应管控措施,可以避免产生石墨舟印EL发黑,提升产品良率。