（晶澳太阳能有限公司，河北邢台 055550）

0.引言

晶硅太阳能电池制作工艺中为了减少电池表面光反射，同时钝化硅表面悬挂键通常需要对硅片表面镀一层SiN减反射膜；近年来逐步产业化的钝化发射极和局部背接触（PERC，Passivated Emitter and Rear Local Contact）电池工艺对硅片的背表面钝化提出了更高要求；需要在硅片背表面镀Al2O3+SiN叠层膜来进行背表面钝化。目前市场上常用的镀Al2O3膜层的设备分为两大类，一类是采用原子层沉积（ALD，Atomic layer deposition）工艺，一类是采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD，Plasma enhanced chemical vapor deposition)工艺[1]；而采用PECVD工艺镀Al2O3膜层的设备中，以梅耶博格公司的MAIA设备应用最多。在采用MAIA设备制备Al2O3+SiN叠层膜的过程中，需要使用一种承载硅片的石墨框。目前厂家提供的均为4＊6（长边可放置6片硅片，短边可放置4片硅片，整框一次可承载24片硅片）规格石墨框；现场运行过程中为了在不增加设备及特气耗量前提下，提升产能，进而达到降本的作用，特将4＊6规格石墨框改进成5＊6规格；但同时又出现了绕镀等工艺异常，本文主要针对不同5＊6石墨框镀膜效果进行了研究，提出了不同类型石墨框所适用的工艺类型，对现场品质和降本的改造具有重大意义。

1.实验设计

1.1 实验仪器

本文采用梅耶博格公司的MAIA设备进行镀膜，用量拓EMPro-PV椭偏仪测试薄膜的膜厚数据，采用薄膜5点方差平均值表征镀膜均匀性:

方差越大均匀性越差，方差越小均匀性越好。

椭偏仪测试工作原理示意图如图1所示，由激光器发出一定波长(λ=632nm)的激光束，经过起偏器后变为线偏振光。再经过1/4波长片，由于双折射现象，使其分解成互相垂直的P波和S波，成为椭圆偏振光，椭圆的形状由起偏器的方位角决定。椭圆偏振光以一定角度入射到样品上，经过样品表面和多层介质（包括衬底－介质膜－空气）的来回反射与折射，总的反射光束一般仍为椭圆偏振光，但椭圆的形状和方位改变了，一般通过反射前后偏振状态的变化，就可以算出薄膜的折射率n和厚度d[2]。

图1 椭偏仪测试原理

1.2 试验样品处理及过程设计

试验样品原料硅片采用邢台晶龙电子材料有限公司生产的8’单晶硅片，电阻率范围1Ω·cm～3Ω·cm，硅片厚度180±5μm，为保证实验单一变量，实验样品硅片采用同一根硅棒相同部位切割硅片。

将实验样品经过PERC工艺（如图2）处理至湿刻后MAIA镀膜前库存；然后根据不同类型的石墨框处理硅片进行分类，将样品分为以下4种类型，每种类型300片；分别对每框电池MAIA镀膜后抽取相同位置五片测试膜厚数据，并且计算相应的平均值、片内均匀性（每片测试5点求取片内均匀性）和片间均匀性。

图2 PERC工艺流程

样品1硅片采用全镂空石墨框（如图3）进行背面镀膜，其他工序不变。

图3 全镂空石墨框

样品2硅片采用全封闭石墨框（如图4）进行背面镀膜，其他工序不变。

图4 全封闭石墨框

样品3硅片采用前后行封闭石墨框（如图5）进行背面镀膜，其他工序不变。

图5 前后行封闭石墨框

样品4硅片采用前后行半封闭石墨框（如图6）进行背面镀膜，其他工序不变。

图6 前后行半封闭石墨框

以上4种样品分别对应不同石墨框镀膜之后，采用量拓EMPro-PV椭偏仪测试薄膜的膜厚数据，并且根据测试值计算每种石墨框对应的平均膜厚、片间均匀性以及片内均匀性。同时根据成品电池外观以及石墨框清洗周期等问题进行优劣势对比。

2.结果与分析

通过对以上4种样品的测试发现，相同工艺条件下，样品2膜厚最高均匀性最好，无跳色或边缘色差异常。详细数据如图7～图8所示。

图7 不同样品平均膜厚数据

图8 不同样品均匀性数据

将4种样品加工为成品电池之后，效率持平；连续生产一段时间之后，根据4种石墨框的表现将其优劣势汇总如表1所示。

表1 不同石墨框优劣势对比

样品1石墨框镀膜后前后行单片片内正面色差，主要是由于全镂空石墨框前后行石墨条较窄，不能有效阻挡气流，易形成绕镀，影响镀膜效果。

样品2石墨框整体镀膜均匀性正常，随着时间的推移，实心部位沉积较多氮化硅颗粒，易造成碎片等异常，清理难度增加，清洗周期明显缩短。

样品3石墨框前后两列封闭框，前后两列封闭框较中间三列膜厚偏高4nm～8nm左右，前后封闭位置较镂空位置较中间位置膜厚偏差较大，主要受硅片受热不均匀影响[3]（镂空位置与封闭位置实际温度偏差大）。

样品4石墨框效果与样品3 类似，镂空位置与封闭位置镀膜颜色差异明显。

3.结论

本文通过系统的实验测试以及数据分析，最终根据不同类型石墨框优劣势对比数据，给出了不同石墨框所适用的工艺类型如下：

（1）石墨框镂空与封闭条件，由于硅片受热不一致导致镀膜颜色差异。

（2）镂空石墨框受绕镀影响，正面边缘色差明显。

（3）封闭石墨框镀膜效果整体较均匀，片内、片间无明显异常。

（4）根据组件颜色要求，可以选择不同类型石墨框，如对颜色无要求可选择样品1 类型石墨框，如对正膜有要求对背面颜色无要求可选择样品3、样品4类型石墨框，如对颜色均匀性要求较高，需选择样品2类型石墨框。