太阳能电池生产线中新型等离子体刻蚀机刻蚀工艺探讨

陈特超，马度·巴布，李健志，毛朝斌

(1.中国电子科技集团公司第四十八研究所，湖南长沙410111 2.UAE Fujairah Ishan能源公司，印度)

当石油、煤炭、天燃气等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，促使太阳能电池制造技术不断改进以及新的光-电转换装置的发明。可以预见，太阳能电池将是太阳辐射能利用的一种比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景[1]。晶体硅太阳能电池工艺中的等离子体刻蚀是将硅片周边的扩散层去除，使硅片两面形成PN结。硅片周边的扩散层去除干净与否，可由太阳能电池的漏电流和并联电阻来表征。等离子体刻蚀技术已成为实现此工艺的首选。在现有设备的基础上优化工艺，提升光伏电池性能已成为一种新的精细技术。

1 设备及条件

本工艺研究是在阿联酋Fujairah酋长国M icrosol公司进行，设备为中国电子科技集团公司第四十八研究所研制的新一代等离子体刻蚀机，该设备采用ICP技术，配备国际领先水平的RF电源及干式真空泵，大大提高了设备的可靠性。与国内现在普遍使用的第一代刻蚀机相比，它的产能大，故障率低，使用、维护费用低，更适合于大规模工艺生产使用。设备原理图如图1[2]。

图1 设备原理图

2 工艺及实验

M icrosol公司是UAE首家太阳能电池片生产企业，目前主要生产150mm×150mm方片单晶硅太阳能电池片。本工艺实验采用150mm×150mm方片，每批刻蚀数量800片。实验分几批进行，分别采用改变功率、改变气体用量、改变工艺时间、改变工艺压力等方法进行。测试采用抽检和全部检验相结合，刻蚀完成后先抽检5片，样片抽取方法为：最上面的第二片和最下面的第二片，中间的按等距离抽取。采用测量漏电流的方法检测刻蚀效果。最后待电池片完成全部工艺生产工序后进行综合参数测试，检测并联电阻的大小及分布情况，根据合格要求判定刻蚀效果。

表1 不同功率参数的实验效果

表2 不同工艺气体用量的实验效果

表3 不同工艺时间的实验效果

表4 不同工艺压力的实验效果

3 实验结果分析

根据上述实验结果，可以看出：

（1）随着射频功率的增加，刻蚀效果会更好，但不是说射频功率越大越好，从上表中可见RF功率在850W时，刻蚀效果反而不好，而且刻蚀后硅片温升很快，刻蚀完成后硅片温度较高。可能的原因是功率加大后，反应生成的F-C聚合物较多，沉积能力增强，不能及时抽走，部分沉积在硅片表面，导致刻蚀速率变慢。

（2）随着气体用量的变化，刻蚀效果也跟着变化，氧含量较高时，刻蚀效果较好，可能的原因是氧及时的与产生的聚合物反应，生成气态化合物被抽走，增加了F-的浓度，加快了刻蚀速率。

（3）随着时间的增加，刻蚀效果变好，时间越长刻蚀越好。但时间太长，刻蚀的温升越高，在刻蚀65min后，硅片温度有90℃左右，不能用手取片。而且时间越长，刻蚀后硅片表面渗透刻蚀的现象越严重，我们需要的是在最短的时间内达到最好的刻蚀效果，这样才能使产量提高。

（4）随着反应压力的变化，刻蚀效果也有变化。反应压力小，气体分子间平均自由程长，但等离子体的密度较低，所以刻蚀效果不好；压力高，等离子体密度高，反应速度快，刻蚀速率高。当压力大于80 Pa时本机不能正常工作。

4 结 论

本文根据实验结果确定了新型刻蚀机最佳工艺参数，即 CF4/O2为 360/60，反应压力 40 Pa，RF功率750W，刻蚀时间25 m in，经过后来连续几天的规模化生产，均能得到一致的结果。

[1]中投顾问.2010-2015年中国太阳能电池行业投资分析及前景预测报告[EB/OL].http://www.ocn.com.cn.2010-11.

[2]王峥，任毅.我国太阳能资源的利用现状与产业发展[J].资源与产业，2010，12(2):89-92.

[3]陈特超，谢利华.太阳能电池线中的新型等离子体刻蚀机的研制[J].电子工业专用设备，2010，39(8):41-44.