本發(fā)明主要涉及光伏技術領域，特指一種晶體硅硅片蒸鍍減反射膜的方法。

背景技術：

光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種利用太陽能電池半導體材料的“光伏效應”將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。太陽能電池，又稱光伏電池，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最核心的器件。已知的可用于制造太陽能電池的半導體材料有十幾種，例如，單晶硅，砷化鎵，碲化鎘等，因此太陽能電池的種類也很多。目前，技術最成熟，并具有商業(yè)價值的、市場應用最廣的太陽能電池是晶體硅太陽能電池，包括單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池。

太陽光在晶體硅表面的反射損失率高達35％左右。晶體硅太陽能電池的常規(guī)生產(chǎn)制造工藝流程(如圖2所示)中，需要蒸鍍減反射膜，旨在減少晶體硅表面對太陽光的反射，增加太陽光的折射率?？刹捎谜婵斟兡しā庀喑练e法或其它化學方法等工藝方法，在晶體硅表面蒸鍍一層或多層二氧化硅或二氧化鈦或氮化硅減反射膜。減反射膜不但可以減少晶體硅表面對太陽光的反射，而且還可以對晶體硅表面起到鈍化和保護作用。不同的減反射膜當中，氮化硅減反射膜應用廣泛，可以采用幾種技術制備，應用最廣泛的是化學氣相沉積技術。其中等離子體增強化學氣相沉積技術在眾多化學氣相沉積技術中是首選的，因為它在低壓條件下，利用射頻電場使反應氣體產(chǎn)生輝光放電，電離出等離子體，促進反應活性基團的生成，從而使得硅烷和氨氣能在較低的溫度(200℃～450℃)下反應，減少了工藝的復雜性，并且有效防止了晶體硅太陽能電池壽命的衰減。

應用等離子體增強化學氣相沉積技術在晶體硅硅片表面蒸鍍減反射膜的設備稱為pecvd設備。目前應用最為廣泛的，主要有管式pecvd和板式pecvd兩種。典型管式pecvd設備如圖1所示，主要由真空與壓力系統(tǒng)1，氣路系統(tǒng)2，控制系統(tǒng)3，射頻系統(tǒng)4，工藝腔室6，管式加熱爐體9和取放舟系統(tǒng)11組成。應用管式pecvd設備在晶體硅硅片表面蒸鍍減反射膜時，成膜的化學反應是在密閉的工藝腔室6中進行的。管式pecvd設備采用管式加熱爐體9，利用布置在管式加熱爐體9內(nèi)的加熱電阻絲將電能轉化為熱能，先后通過輻射、傳導、對流及對流換熱的方式將熱量傳遞給被加熱對象—工藝腔室6、晶體硅硅片和石墨舟8。管式加熱爐體9的溫度控制過程具有非線性、時變性、滯后性等特點，是典型的過程控制。常采用pid控制算法對其進行控制，算法的數(shù)學表達式如下公式(1)所示：

公式(1)中，pout表示控制量輸出；k表示比例系數(shù)；δe表示溫度偏差，即當前溫度tt與設定溫度ts的差值(ts-tt)；ti表示積分時間常數(shù)；td表示微分時間常數(shù)。

通過設置不同的比例系數(shù)k，積分時間常數(shù)ti和微分時間常數(shù)td調節(jié)管式加熱爐體9的溫度控制過程，使得工藝腔室6，晶體硅硅片和石墨舟8能夠按照蒸鍍減反射膜的工藝要求由初始溫度t0迅速升高并穩(wěn)定到設定溫度ts，即蒸鍍減反射膜工藝所要求的反應溫度(450℃)。由此，將控制量輸出pout看作由比例項pk，積分項pi和微分項pd組成，即pout＝pk+pi+pd。其中，比例項pk對升溫的速率和穩(wěn)定性有很大的影響。要求升溫快時，比例項pk要大，但是，比例項pk對偏差δe有放大作用，比例項pk太大，影響溫度的穩(wěn)定性?？紤]管式加熱爐體9的非線性和滯后性，比例項pk太大時，容易造成溫度超調嚴重。因而在實際應用過程中，通常犧牲升溫速率而追求溫度的穩(wěn)定性，以保證滿足蒸鍍減反射膜工藝對反應溫度的要求。比例項pk較小時，升溫速率慢，恒溫時間(本領域所指的恒溫時間即為溫度由初始溫度t0升高至設定溫度ts所需時間，下同)長。一般情況下，整個蒸鍍減反射膜工藝時間為37～40min，而恒溫時間為20～22min?？梢姾銣貢r間占據(jù)了整個蒸鍍減反射膜工藝時間的50％～54％，恒溫時間過長導致整個蒸鍍減反射膜工藝時間長，嚴重影響單臺管式pecvd設備的整體產(chǎn)能。而為適應高產(chǎn)能管式pecvd設備的發(fā)展，需要盡可能的縮短蒸鍍減反射膜工藝的時間，因而需要盡可能縮短恒溫時間。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題就在于：針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)效率高的晶體硅硅片蒸鍍減反射膜的方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

一種晶體硅硅片蒸鍍減反射膜的方法，對裝載有晶體硅硅片的載體進行預熱處理后，再送入至工藝腔室進行蒸鍍減反射膜。

作為上述技術方案的進一步改進：

對裝載有晶體硅硅片的載體預熱至溫度t′z0后，再送入至工藝腔室進行蒸鍍減反射膜，其中t′z0>200℃。

在載體等待進入工藝腔室的等待時間內(nèi)，對載體進行預熱處理。

所述載體送入工藝腔室進行蒸鍍減反射膜的具體步驟為：

s01、將載體推送至工藝腔室內(nèi)部的恒溫區(qū)，密閉工藝腔室；

s02、對密閉的工藝腔室抽真空作業(yè)，同時對工藝腔室進行加熱；

s03、當工藝腔室溫度到達預設溫度ts時，向工藝腔室內(nèi)充入反應氣體，并對工藝腔室的壓力進行控制，以滿足工藝要求；

s04、在工藝腔室內(nèi)形成射頻電場，反應氣體反應后，在晶體硅硅片上沉積減反射膜。

在步驟s01中，首先將晶體硅硅片裝載于載體內(nèi)，再進行預熱處理，預熱處理后的載體放置于取放舟系統(tǒng)的承載區(qū)，開啟工藝腔室，經(jīng)由取放系統(tǒng)將載體推送至工藝腔室內(nèi)部的恒溫區(qū)，密閉工藝腔室。

步驟s04中的晶體硅硅片沉積減反射膜后，還包括以下步驟：

s05、抽空工藝腔室內(nèi)的殘余反應氣體；

s06、向工藝腔室內(nèi)充入惰性氣體，對工藝腔室進行吹掃、清洗；

s07、向工藝腔室內(nèi)充入惰性氣體，使工藝腔室內(nèi)的氣壓回復到與大氣壓強相同；

s08、開啟工藝腔室，將載體從工藝腔室內(nèi)取出；

s09、待載體冷卻后，卸載載體中的晶體硅硅片。

所述載體為石墨舟。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的晶體硅硅片蒸鍍減反射膜的方法，對載體先行預加熱處理，提高載體的初始溫度，從而能夠減少溫度控制過程中的初始溫度與設定溫度之間的差值，繼而減少pecvd設備中加熱爐體的溫度控制時間，最終減少晶體硅硅片表面蒸鍍減反射膜工藝的時間，提高設備的產(chǎn)能；相對于常規(guī)方法，本方案不改變加熱爐體的加熱特性及pid溫度控制算法，不影響溫度的穩(wěn)定性，恒溫時間短，單臺設備的總體產(chǎn)能高。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中管式pecvd設備的結構示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術中常規(guī)晶體硅太陽能電池的工藝流程圖。

圖3為本發(fā)明的蒸鍍減反射膜的工藝流程圖。

圖4為本發(fā)明的管式pecvd設備中的溫度分布示意圖。

圖中標號表示：1、真空與壓力系統(tǒng)；2、氣路系統(tǒng)；3、控制系統(tǒng)；4、射頻系統(tǒng)；5、終端電極；6、工藝腔室；7、恒溫區(qū)；8、石墨舟；9、加熱爐體；10、承載區(qū)；11、取放舟系統(tǒng)。

具體實施方式

以下結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。

如圖3和圖4所示，本實施例中的晶體硅硅片蒸鍍減反射膜的方法，對裝載有晶體硅硅片的載體進行預熱處理后，再送入至工藝腔室6進行蒸鍍減反射膜。本發(fā)明的晶體硅硅片蒸鍍減反射膜的方法，對載體先行預加熱處理，提高載體進入工藝腔室6的溫度，從而能夠減少溫度控制過程中的初始溫度與設定溫度之間的差值，繼而減少pecvd設備中加熱爐體9的溫度控制時間，最終減少晶體硅硅片表面蒸鍍減反射膜工藝的時間，提高設備的產(chǎn)能；相對于常規(guī)方法，本方案不改變加熱爐體的加熱特性及pid溫度控制算法，不影響溫度的穩(wěn)定性，恒溫時間短，單臺設備的總體產(chǎn)能高。

本實施例中，對裝載有晶體硅硅片的載體預熱至溫度t′z0后，再送入至工藝腔室6進行蒸鍍減反射膜，其中t′z0>200℃。溫度的具體范圍可根據(jù)實際情況而定。

本實施例中，載體為石墨舟8；單臺管式pecvd設備通常由2～5個工藝腔室6組成，同時，單臺管式pecvd設備配置的石墨舟8的個數(shù)要大于工藝腔室6的個數(shù)，因而從石墨舟8完成晶體硅硅片的裝載到被放置在取放舟系統(tǒng)11的承載區(qū)10，常需要經(jīng)過一段時間的等待，等待空閑可用的工藝腔室6?？梢岳么硕蔚却臅r間對石墨舟8做預加熱處理，以提高管式加熱爐體9的溫度控制過程中的初始溫度t0。

下面結合一實施例對晶體硅蒸鍍減反射膜的方法的全部過程作一具體描述：

在石墨舟8內(nèi)裝載好晶體硅硅片之后，將其放置在石墨舟預加熱裝置(圖中未示出)中進行預熱處理，將石墨舟8加熱到預熱溫度t′z0(t′z0>200℃)，其中石墨舟預加熱裝置的結構可利用現(xiàn)有常規(guī)的加熱裝置，如包括腔體，腔體內(nèi)設有加熱組件，如紅外加熱管，將石墨舟8整體放置于腔體后進行密封，通過紅外加熱管對石墨舟進行加熱；待到有空閑、可用的工藝腔室6時，將預熱之后的石墨舟8放置到對應的取放舟系統(tǒng)11的承載區(qū)10，開啟密閉的工藝腔室6，而后，經(jīng)由取放舟系統(tǒng)11將石墨舟8推送到已開啟的工藝腔室6內(nèi)部的恒溫區(qū)7，同時，連接到射頻系統(tǒng)4的終端電極5，然后，密閉管狀工藝腔室6；

運行真空與壓力系統(tǒng)1，抽空工藝腔室6內(nèi)的空氣，并保持工藝腔室6內(nèi)的低壓狀態(tài)，同時利用管式加熱爐體9加熱工藝腔室6；待到工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度tt升高并穩(wěn)定到蒸鍍減反射膜工藝要求的反應溫度，即設定溫度ts(如450℃)，此時，晶體硅硅片和石墨舟8與工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度相等，運行氣路系統(tǒng)2向工藝腔室6內(nèi)通入特定流量及配比的不同反應氣體，并通過真空與壓力系統(tǒng)1控制工藝腔室6內(nèi)的壓力滿足蒸鍍減反射膜工藝對反應壓力(5如200pa)的要求；

隨后，開啟射頻系統(tǒng)4，在工藝腔室6內(nèi)形成射頻電場，使反應氣體產(chǎn)生輝光放電，電離出等離子體，促進反應活性基團的生成，繼而激活反應氣體間的化學反應，在晶體硅硅片表面沉積出所期望的薄膜，即在晶體硅硅片表面蒸鍍減反射膜；

減反射膜蒸鍍完成之后，關閉氣路系統(tǒng)2，停止向管式工藝腔室6內(nèi)通入反應氣體，隨即通過真空與壓力系統(tǒng)1抽空工藝腔室6內(nèi)的殘余反應氣體；抽空殘余反應氣體之后，再次開啟氣路系統(tǒng)2向工藝腔室6內(nèi)通入惰性氣體，配合真空與壓力系統(tǒng)1吹掃、清洗工藝腔室6；隨后，同樣利用氣路系統(tǒng)2向工藝腔室6內(nèi)通入惰性氣體使工藝腔室6內(nèi)的氣壓回復到與大氣壓強相同；之后，再次開啟密閉的工藝腔室6，運行取放舟系統(tǒng)11將石墨舟8從工藝腔室6內(nèi)取出；待到取放舟系統(tǒng)11將石墨舟8從工藝腔室6內(nèi)取出之后，將石墨舟8從取放舟系統(tǒng)11的承載區(qū)10取出，等待石墨舟8冷卻，然后卸載石墨舟8中的已經(jīng)蒸鍍好減反射膜的晶體硅硅片，至此，即完成了當前蒸鍍減反射膜工藝的全部流程。

下面結合一具體實施例對未預熱和預熱兩種溫度情況做進一步分析：

如圖4所示，本實施例中，石墨舟8裝載好晶體硅硅片之后，不對石墨舟8做預加熱處理時，石墨舟8的溫度tz0與環(huán)境溫度th0相同。將石墨舟8放置在取放舟系統(tǒng)11的承載區(qū)10之后，開啟密閉的工藝腔室6，此時，工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度為tg0，tg0>th0＝tz0。

工藝腔室6打開之后，由于工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度tg0與工藝腔室6外的環(huán)境溫度th0之間存在有溫度差δtgh，δtgh＝tg0-th0，因此，工藝腔室6內(nèi)的熱量將通過分子的無規(guī)則運動和分子間的碰撞傳遞到工藝腔室6外。同時工藝腔室6內(nèi)的高溫氣體與低溫石墨舟8直接接觸時，由于存在溫度差δtgz，δtgz＝tg0-tz0，依靠分子間的碰撞同樣存在熱量從高溫氣體向低溫石墨舟8傳遞的對流換熱現(xiàn)象。在時間相等，物性參數(shù)(如，對流換熱系數(shù))相同的前提下，由傅里葉定律和牛頓冷卻公式可知，溫度差越大，即溫度梯度越大，傳遞的熱量越多，即工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度下降越多。最后，待到取放舟系統(tǒng)11完成石墨舟8的推送，工藝腔室6再次密閉之后，管式加熱爐體9的溫度控制過程的初始溫度下降到t0。

如圖4所示，本實施例中，石墨舟8裝載好晶體硅硅片之后，對石墨舟8做預加熱處理時，石墨舟8的溫度t′z0與環(huán)境溫度th0不再相等，t′z0>th0。因為t′z0>th0，石墨舟8在被放置在取放舟系統(tǒng)11的承載區(qū)10的過程中以及隨后等待開啟密閉的工藝腔室6的動作完成的時間內(nèi)，石墨舟8與周圍環(huán)境間也存在有對流換熱現(xiàn)象，即石墨舟8對周圍環(huán)境有加熱的作用，密閉的工藝腔室6打開之后有環(huán)境溫度t′h0，t′h0>th0。此時，工藝腔室6內(nèi)部的環(huán)境溫度仍為tg0，tg0>t′h0，tg0>t′z0，由此可知，當前工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度tg0與工藝腔室6外的環(huán)境溫度t′h0之間的溫度差為δt′gh，δt′gh＝tg0-t′h0<δtgh，同時，工藝腔室6內(nèi)的高溫氣體與低溫石墨舟8之間的溫度差δt′gz，δt′gz＝tg0-t′z0<δtgz。溫度差越小，溫度梯度越小，傳遞的熱量越少，即工藝腔室6內(nèi)的環(huán)境溫度下降越少。最后，待到取放舟系統(tǒng)11完成石墨舟8的推送，工藝腔室6再次密閉之后，管式加熱爐體9的溫度控制過程的初始溫度下降到t0′，其中t0′>t0。

本實施例中，管式加熱爐體9的溫度控制過程中，石墨舟8和晶體硅硅片本身都需要吸收熱量。因為已經(jīng)對石墨舟8做了預加熱處理，所以在管式加熱爐體9的溫度控制過程中，石墨舟8和晶體硅硅片本身需要吸收的熱量就會小于未對石墨舟8做預加熱處理時石墨舟8和晶體硅硅片本身需要吸收的熱量，有利于管式加熱爐體9的快速升溫。

本實施例中，石墨舟8預加熱處理可以與蒸鍍減反射膜工藝并行運行，即在等待有空閑、可用的工藝腔室6的這段時間內(nèi)完成石墨舟8預加熱處理。石墨舟8預加熱處理不占用整個蒸鍍減反射膜工藝的總時間。同時，在管式pecvd設備的實際運行過程中，4個工藝腔室6不會同步運行，且石墨舟8預加熱處理所需時間較短，所以單臺管式pevcd設備配備一個石墨舟預加熱處理裝置便可以滿足單臺pevcd設備中所有工藝腔室6的使用要求。

綜上所述，對石墨舟8做預加熱處理，可以減小管式加熱爐體9的溫度控制過程的初始溫度t0與設定溫度ts之間的差值δt，繼而減小管式加熱爐體9的恒溫時間。最終減少晶體硅硅片表面蒸鍍減反射膜工藝的時間，提高管式pecvd設備的產(chǎn)能。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發(fā)明的保護范圍。