[发明专利]平板式PECVD装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种平板式PECVD装置。 

背景技术

现有技术中，为提高硅太阳电池的效率，首先，需要对硅材料中含有的具有电活性的杂质和缺陷进行钝化，以降低表面缺陷对于少数载流子的复合作用；其次，需要减少太阳电池正表面的反射，增加电池对太阳光的吸收。 

一方面，硅表面存在很多悬挂键，它对N型发射区的非平衡载流子具有很强的吸引力，使得少数载流子发生复合作用，从而减少电流。因此，需要使用一些原子或分子将这些表面的悬挂键饱和。实验发现，含氢的SiNx膜对于硅表面具有很强的钝化作用，可以减少硅材料表面不饱和的悬挂键，降低表面能级。 

另一方面，硅的折射率为3.8，如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为1.0的空气中，其对光的反射率可达到30%左右。人们使用表面的织构化可以降低一部分反射，但是还是很难大范围的降低反射率，尤其是对于多晶硅，使用各向同性的酸腐蚀液对其腐蚀，如果用量过多，反而影响到PN结的漏电流，因此表面织构化对反射降低的效果不明显。因此，考虑到可以在硅表面与空气之间插一层折射率适中的透光介质膜，以降低表面的反射，在工业化应用中，SiNx膜由于其折射率随着x值的不同，可以从1.9变到2.3左右，比较适合用于在折射率为3.8的硅和1.0的空气中间对可见光进行减反射，因而被选择作为硅表面的减反射膜，而且它还是一种较为优良的减反射膜。 

如上所述，在硅的表面制备SiNx膜起到两个作用，一是表面钝化作用；二是减少表面对可见光的反射。近年来，主要有PECVD技术被用来制备SiNx膜，它是利用低温等离子体作为能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。PECVD技术具有低温、高效率成本比等优点，并能一次性完成钝化和减反射膜沉积，有效降低硅材料表面复合速度和反射率，最终提高电池的 效率。 

而评价PECVD技术的主要标准为能否实现高效率高质量的氮化硅膜沉积，因此，人们围绕如何实现这一标准展开了广泛的研究。 

现有PECVD技术中主要有平板式和管式，目前的平板式PECVD有直接法和微波间接法两种。如图1、2所示，为现有两种平板式PECVD装置的结构示意图。 

首先参考图1，直接法平板式PECVD装置包括样品支架1，沉积腔室2，平板电极3，其工作过程是将多片电池片放置在一个石墨或碳纤维支架1上，放入金属的沉积腔室2中，腔室中有平板型的电极3，电极3与样品支架1形成一个放电回路，腔室中的工艺气体4在两个极板之间的交流电场的作用下在空间形成等离子体5，分解SiH4中的Si和H，以及NH3中的N和H形成含氢的SiNx沉积到样品6表面，其中，出口7连接真空抽气筒，使整个过程中腔室内保持真空状态。 

其次，微波间接法是将待沉积的样品放置在等离子区域之外，等离子体不直接打到样品表面，样品或其支撑体也不是电极的一部分，参考图2，微波间接法的结构主要包括频率为2.45GHz微波源8、铜天线9、石英管10、磁极11、载板12以及真空腔体2。铜天线9置于石英管10内部，微波源8置于铜天线9两端，样品区域之外。工艺气体硅烷（SiH4）和氨气（NH3）分别从腔体的上方吹进，在石英管周围先将氨气离化生成等离子体5，再轰击硅烷气，产生SiNx分子，在磁场的引导下沉积到样品6表面。 

上述两种现有PECVD技术，虽然可以实现沉积SiNx薄膜沉积技术，但是存在诸多缺点，具体如下： 

1、直接平板式PECVD装置的金属电极在长时间高温环境工作后，电极板会发生变形，从而两极板之间的距离会发生改变，因此会导致沉积膜层不均匀； 

2、直接平板式PECVD装置的电极处于样品的正上方，直接接触等离子体，等离子体容易附着在电极表面，长时间使用后会发生粉尘聚集并且掉落污染样品，若电池片表面存在杂质，会降低电池转换效率甚至使其报废； 

3、直接平板式PECVD装置一般采用中低频（40～460KHz）电源，虽 然膜质较致密，但由于离子能量过高往往造成基体的表面损伤过大； 

4、微波间接式PECVD装置的微波源频率为2.45GHz，其微波作用产生的等离子体能量低，影响成膜质量；