管式PECVD如何应对大尺寸硅片

发布时间:2019-12-19 07:14    浏览次数:



从156.75 mm到166 mm,大尺度金钻平台硅片现已悄然进入市场,硅片尺度增大在电池片制作、组件封装等环节可以完本钱钱节省,据了解M6电池片各制程的工艺时刻与M2制程时刻相差不大,因而在电池制作过程中每片大约可下降0.05元本钱。

在白城等地,光伏电站中标电价现已挨近平价乃至贱价,大尺度电池片投产会使光伏平价运营更近一步,2019年新建产线最根本的要求便是设备兼容大尺度硅片的出产。更令人振奋的是本年8月中环推出了M12硅片,边长210 mm,比M2硅片面积添加80%,单瓦出产本钱将会进一步下降,M12硅片的推出是颠覆性的,大尺度硅片终将是光伏职业的未来。

但咱们也要认识到现有的设备或许无法兼容大尺度的硅片,硅片增大后又会给设备制作商带来新的需求处理的问题,整个制作环节都需求技能晋级和打破,在这里以管式PECVD设备(如图1所示)为例评论M6、M12硅片镀膜时需求做哪些预备和考虑。

管式PECVD怎么应对大尺度硅片

图1. 管式PECVD

管式PECVD怎么应对大尺度硅片

图2. 单台管式PECVD设备产能进步状况

PECVD是电池片产线上重要的镀膜设备,制备得到的减反钝化膜可以有用削减电池片外表反射率,添加光的吸收,一起对硅片外表和体内的复合中心起到钝化作用。PECVD从结构上可分为管式和板式两类。如表一所示,与板式PECVD比较,管式PECVD长处是开机率高、保护周期长、退火和钝化作用好。归纳本钱投入、后期保护等要素,新产线根本都选用管式PECVD制备减反钝化膜。如图2所示,从08年到19年,单台管式PECVD的产能快速添加,未来或许呈现单台6000片以上的单小时产能。此外管式PECVD的工艺整合才干也很强,现在有些出产线现已选用反面二合一PECVD设备,将反面氧化铝和氮化硅膜集成在同一机台乃至同一管内进行,缩短了制程时刻,削减了设备投入本钱。

表一. 板式、管式镀膜设备比照

管式PECVD怎么应对大尺度硅片

硅片尺度的增大必定程度上约束了单管载片量的添加。现在国内外老产线开端出产M6硅片,在改造管式PECVD设备时遇到了部分问题

1、石英管尺度约束

石英管尺度的约束实质在于石墨舟尺度的改动。在软着陆机台中,166 mm硅片石墨舟的高度较高,进出舟的空间方位十分小,简单发作刮蹭舟脚等问题。为了处理该问题,只要削减石墨舟的载片量或许切除一部分舟脚,改动舟结构或许会影响石墨舟的运用寿命,因而大都产线选择了下降石墨舟载片数量的方法。

2、温区长度约束

搭载166 mm硅片的石墨舟在高度和长度两个方向上都有添加,长度方向上大约添加了80 mm,相当于石墨舟头的硅片向炉口方向移动了80 mm。虽然现在从工艺成果上看影响并不显着,可是越挨近两头炉体的封口作用越差这是不争的现实,炉口中心的硅片有发红的风险。

整体来讲,M6硅片镀膜设备在M2的基础上仅从石墨舟进出空间上做出了相应改动,干泵、流量计,射频电源等部件并不需求相应扩展晋级;那假如是M12设备呢?

管式PECVD怎么应对大尺度硅片

图3. 石墨舟尺度及分量改动(从M2到M12)

为了可以承载M12硅片,石墨舟尺度及总分量均会发作较大改动(图3所示)。石墨舟的总长度由156机台的1600 mm添加到至少2100 mm。高度从200 mm添加至250 mm以上,带片的分量从30 kg左右添加至~45 kg。超大的石墨舟需求配套超大的石英管,需求考虑水平运送组织的承重才干。现在市道上有两种结构的管式PECVD设备——悬臂结构和软着陆结构。假如选用悬臂结构在考虑进出舟空间的一起更要要点重视分量的添加,尤其是热状态下负重悬臂结构的变形,这会是悬臂M12设备的一个技能难点;软着陆设备石英管的直径需求规划的更大,用来确保桨的升降进出空间,相对而言,软着陆的负重压力较小,可以在石英管内添加支撑梁。虽然悬臂和软着陆设备的石英管直径在规划上有不同,设备的总高度相差并不大,当然现在的厂房高度是不能承载5管M12设备的,厂房高度需求添加~50 cm。

石墨舟的长度添加了500 mm左右,温区长度至少要添加500 mm,温区的长度至少要覆盖住整个石墨舟,加长之后假如选用五点控温或许更不简单操控工艺成果,需求添加一个操控和监测点,温区的散布也需求依据硅片的方位做出相应规划,尽量确保硅片不处在两个温区接壤方位。

除了空间方位上,配套部件也需求进行晋级。首要是射频电源的选择问题,镀膜设备从单舟308片晋级到单舟416片时,射频电源的最大功率进步了50%,更大的射频功率确保了镀膜时石墨板间的电场能量密度,也就确保了大舟的镀膜速度,从石墨舟的增量上计算,432片M12的石墨舟运用的射频电源功率不该低于20kw。还需求注意的是,射频功率加大后,镀膜时的射频电流进步十分显着,射频功率的计算公式为

P=U×I×Cos(相位角)

决议射频电压值的主要是石墨舟同轴电缆的阻抗和石墨板间气体的容抗,这在气体份额相同的状况下一般是一个相对固定的值,射频功率添加一倍,电流值也挨近添加一倍。单片石墨舟和硅片上流经的电流也会增大近一倍,这种状况下或许形成射频功率动摇、卡点烧焦等一系列射频问题。避免这种状况呈现应当重新考虑石墨舟卡点的规划,添加插片机插片精度,削减在石墨舟运动输运过程中发作的掉片翘片状况。

相似的状况相同适用于通入流量的选定,现在镀膜时运用的特气流量大约在10 slm左右,依照硅片的有用面积增量来预算,M12设备的流量总通入量应该18 slm以下,根本达到了现有流量计装备的极限,假如想要给工艺调整供给余量,或许是更好的操控特气流量精度,现有的流量计量程应添加50%左右。

通入气体添加必定涉及到干泵的选择,在通入很多气体时是否还能正常调压是问题的要害。咱们以国内某型抽速为1000 m3/h的干泵现场的运用状况为例,计算不同抽速下通入气体流量可以安稳的压力值,成果如表二所示。镀膜的工艺压力根本上要高于1500 mtorr,因而该抽速的泵彻底可以确保调压成功。

表二. 流量、抽速与压力的联系

管式PECVD怎么应对大尺度硅片

最终讲两点大尺度硅片设备的隐忧。首要,硅片增大后,片内的膜厚均匀性更不简单确保。从M6硅片的镀膜状况来看,硅片几许中心点的膜厚较低,如表三所示,随机选择一舟硅片测验五点的膜厚折射率,上下左右间隔中心点方位约为20mm,测验成果显现中心点方位膜厚遍及偏低1-2nm。硅片增大到M12后,中心点到硅片边际的膜厚距离会进一步拉大,会给工艺优化和工艺操控带来必定难度。别的一点是增大硅片后,单片硅片的净产出增大80%,不良的份额由于硅片面积的添加也相应添加了80%。例如原产线上碎片率为0.02%,改为出产M12硅片时,碎片率依然是0.02%,可是碎片的本钱由于硅片尺度的增大而变大了,这就要求,产能越大的设备,其设备及工艺安稳性有必要进步。

表三. NAURA机台M6硅片工艺成果

管式PECVD怎么应对大尺度硅片

综上所述,大尺度硅片是当时晶硅电池职业开展的重要趋势,也是工业制作进一步降本的必定选择。无论是改动较为平缓的M6仍是更为急进的M12,都对包含管式PECVD在内的一切设备、工艺提出了许多新的应战,相应参与者需求在规划环节就全面考虑尺度改动带来的许多新问题新需求,才干更有用地服务职业,更好地带动工业开展。

文/申震 高飞 赵福平

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