PERC电池Al2O3钝化层划痕处理

　摘要：电池片背面钝化层沉积工序，面临着划痕对Al2O3钝化层损伤的困扰，对电池片转换效率的提高产生了不良影响。分析产生划痕的主要因素，通过试验加以工艺验证，最后提出解决划痕的有效办法。
引言电池片背面钝化层沉积，是单晶PERC生产线的一道工序，即钝化发射极背面接触，利用Al2O3在电池背面形成钝化层，与SINXHY薄膜的氢钝化效应，将硅片的有效载流子寿命由10~20微秒提高到100~200微秒，可以极大地提升电池片的内量子效率，实现单晶电池片转换效率的提高。在电池片生产过程中，存在某些因素极易对Al2O3钝化层造成划痕，如图1所示，导致电池片质量难以保证，因此划痕的解决变得迫在眉睫。　　造成Al2O3钝化层划痕的因素主要有两大方面。第一，背面钝化层沉积自身工序产生的划痕:吸盘将钝化层沉积工艺完成的硅片吸取后放置传输皮带上，吸盘吸取的过程中会造成划痕；硅片经传输机构传送至花篮中时，会因为跟花篮托齿摩擦造成划痕；硅片在传输过程中，会因为卡片、碎片等造成划痕。第二，后道工序自动化设备对Al2O3钝化层造成的划痕。本文将从第二方面分析造成Al2O3钝化层划痕的几大因素，并通过试验找出解决划痕的具体办法。背面钝化层沉积工序之后，是等离子化学气相沉积(PECVD)工序，在PECVD工序使用的自动化设备是全自动石墨舟上下料机，由我们自主研发设计的该种设备，已经在电池片生产线上实现稳定生产。由机器人带动真空吸盘一次抓取多张硅片，将PECVD工艺完成后的镀膜片放入下料中转花篮，再传输进100片空花篮中，以备后道丝网印刷工序使用；再将刻蚀工序后的硅片传入上料中转花篮，由机器人抓取后放入石墨舟内，进行PECVD工艺。如图2所示。
在该设备运行过程中，产生Al2O3钝化层划痕的因素主要有以下几个方面。
（1）硅片在传输过程中，Al2O3钝化层因接触皮带，由于摩擦、产生相对运动造成划痕；
（2）机器人的真空吸盘一致性差，向石墨舟内插片的过程中，导致硅片太贴紧舟叶片做旋转造成划痕；
（3）机器人向石墨舟内插片的过程中，硅片旋转最后落入卡点的轨迹设计不好，造成划痕。这些问题一直困扰着电池片制造商以及自动化设备生产商，为了解决这种尴尬的局面，我们通过反复试验，跟踪测试，最后找出了具体的解决办法。

1具体实施办法
1.1硅片传输过程中产生的划痕　　背面钝化层沉积工序后的100片满花篮，放入全自动石墨舟上下料的花篮传输机构，硅片传输过程中，Al2O3钝化层是接触皮带传输的。只要有接触，就难以避免产生划痕。因此，我们决定从根本上解决接触问题。我们将花篮旋转180°放入传输机构，使硅片传输过程中，Al2O3钝化层始终朝上，不接触皮带。因该工序的花篮上下一致，所以对机械结构不会造成任何影响(如图3所示)，唯一影响的是硅片在上料中转花篮装齐后，机器人的抓取方向。机器人要吸取电池片正面，即Al2O3钝化层的反面。原来Al2O3钝化层朝下接触皮带时，机器人是由上向下吸取硅片，现在更改花篮方向后，需要相应修改机器人运动轨迹。机器人第6轴要旋转180°，因此，机器人六个轴联动的轨迹及过度点都需要根据实际重新设计。
　　1.2真空吸盘一致性差产生的划痕　　真空吸盘组件由22片独立吸盘组装而成，每片吸盘上有3个弹簧吸嘴，真空打开后，弹簧吸嘴在吸取硅片的过程中，产生微量弹性浮动，3个弹簧吸嘴贴紧硅片，进行吸附，保证22片吸盘及弹簧吸嘴的一致性是非常必要的。如果某一片吸盘倾斜角度大，或者弹簧吸嘴回弹性差，就会导致吸盘太过压紧硅片，硅片在旋转的过程中就一定会产生划痕。我们要求电池片制造商，使用的过程中每半月对吸盘用卡尺微调一次，及时更换弹性差的弹簧吸嘴，以保证吸盘精度。　　1.3机器人运动轨迹产生的划痕　　石墨舟叶片上的三个卡点非常小，Y方向只有1.2mm余量，除去硅片的厚度0.2mm，只剩下1mm。机器人插入硅片的过程中，如果硅片太贴紧舟叶片旋转，虽然硅片落入卡点的效果很好，但是一定会产生划痕；如果硅片远离舟叶片旋转，会使硅片卡的太松，存在脱落的风险。而且硅片经过PECVD炉子高温加热，会产生瞬间形变，导致硅片一边翘起，如果本身硅片卡的太松，会在冷却前就容易脱落。因此，把握这个度，是非常难的。具体修改步骤如表1所示。


2工艺验证　　用户现场使用EL缺陷检测仪进行全检，对电池片加载电压后，使之发光，再利用红外成像仪摄取其发光影像。因电致发光亮度正比小于少子扩散长度，划痕处因具有较少的少子扩散长度，会发出较弱的光，从而形成较暗的影像。根据缺陷图像的分析，更改了Al2O3钝化层的传输方向，调整了机械精度、机器人运动轨迹修改为脱离舟叶片0.2mm做旋转，旋转时速度及加减速降低50%时，划痕的消除最为明显，划痕比率由1.7‰降至0.1‰，满足客户的要求，前后对比如图4所示。

3结语
通过对Al2O3钝化层划痕的处理，解决了困扰电池片制造商和自动化设备厂商的大问题，有效地提升了我们设备的竞争力，也为后续合作的开展提供了坚实的基础。在光伏产业化规模发展的现阶段，更高的效率和更低的成本是光伏行业发展的关键。随着电池片制造商纷纷上马单晶PERC产线，诸多厂家产量、效率得到同步提升，也为我们开辟出一条更为广阔的发展市场。
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作者：中国电子科技集团公司第二研究所康冬妮 ；来源：工业设计

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