專利名稱：一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池的生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
近十年來太陽能光伏發(fā)電成為新能源中發(fā)展最為迅速的分支之一。太陽能光伏發(fā)電中晶體硅太陽能電池是應(yīng)用最廣泛的電池類型。約占80%的市場份額。2011年全球光伏新增裝機(jī)容量超過27GW。為了晶體硅電池得到更高的光電轉(zhuǎn)換效率，可以從增加電池對太陽光的吸收以產(chǎn)生更多的光生載流子入手。工業(yè)上一般采用在制絨以后的硅片表面鍍上減反射膜，減反射膜的作用就是利用光在減反射膜上下表面反射產(chǎn)生的光程差，使得兩束反射光干涉相消，從而削弱反射，增加入射，從而增加電池的短路電流提高光電轉(zhuǎn)換效率。通過調(diào)節(jié)減反射膜·的種類、厚度和折射率，使得入射光符合一定的光程條件達(dá)到減反射的效果。在晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝中，常用的減反射層材料由Si02、SiNx, ITO等。晶體硅電池行業(yè)目前普遍采用PEVCD制備SiNx和SiO2作為減反射膜。通過選用不同的減反射材料和不同的沉積層數(shù)相互配合，達(dá)到最佳的減反射效果，并最終提高電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。為了更好的提高減反射膜與可見光波段內(nèi)太陽光的光學(xué)匹配度，同時(shí)考慮平衡鈍化和短波吸收之間的矛盾，雙層膜或者多層膜結(jié)構(gòu)今年來逐漸成為研究熱點(diǎn)，并開始規(guī)?；瘧?yīng)用于晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)中。但是應(yīng)用在晶體硅太陽能電池中的多層氮化硅減反射膜還不成熟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能使用于晶體硅太陽能電池片的多層氮化硅減反射膜制備的方法，解決目前晶體硅電池片仍然采用常規(guī)鍍單層氮化硅膜工藝，但不能進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率的問題。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，其特征在于，它是由三層膜構(gòu)成，第一層為太陽能電池晶體硅表面的氮化硅薄膜，厚度為8 12nm，折射率為2. 3^2. 4，第二層氮化硅薄膜的厚度為18 24nm，折射率為2. (Γ2. 1，第三層氮化硅薄膜的厚度為35 45nm，折射率為I. 9 2. O。所述的三層氮化硅減反射膜的厚度之和為72 77nm。一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜的制備方法，是對經(jīng)過清洗制絨，擴(kuò)散制備PN結(jié)，刻蝕去除晶體硅四周的PN結(jié)，清洗去除磷硅玻璃的處理步驟后的晶體硅鍍減反射膜，其特征在于，是利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在硅片表面依次沉積三層氮化硅薄膜，它包括下面的步驟(I)對爐管抽真空，保持爐內(nèi)溫度420°C，壓力50mTorr，時(shí)間為4min ；(2)對爐管進(jìn)行預(yù)處理，溫度升至460°C，氮?dú)饬髁繛镮Oslm進(jìn)行吹掃，后抽真空至壓力為IOOmTorr并保持2min ；(3)壓力測試,保證設(shè)備內(nèi)部壓力50mTorr恒定,保持O. 5min ；(4)沉積第一層膜，溫度為460 °C，氨氣流量為3. 8^4slm,硅烷流量為95(Tll00sccm，射頻功率5300 5600瓦，持續(xù)時(shí)間130 140s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms 關(guān)；(5)氮?dú)?slm吹掃30s，抽真空至80mtor，沉積第二層膜，溫度為450°C，氨氣流量為6. 8^7. 2slm,硅烷流量為70(T750sccm，射頻功率5300 5600瓦，持續(xù)時(shí)間20(T215s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)；(6)氮?dú)?slm吹掃30s，抽真空至80mtor，沉積第三層膜，溫度為450°C，氨氣流量為Tl. 2slm，硅烷流量為48(T520sccm，射頻功率5500瓦，持續(xù)時(shí)間340 350s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)； (7)氮?dú)獯祾呃鋮s，溫度為420°C，氮?dú)饬髁繛? lOslm，壓力為IOOOOmTorr,吹掃時(shí)間5 8min。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用硅烷和氨氣為原料，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，采用新的工藝參數(shù)，在硅片襯底上鍍制多層折射率與膜厚不同的氮化硅薄膜體系，具有對設(shè)備要求不高，容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。本鍍膜工藝增強(qiáng)了鍍膜的鈍化效果，降低了減反射膜對光的反射率，從而提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。采用本發(fā)明工藝制備出來的多層膜減反射膜體系，電池的光電轉(zhuǎn)換效率比單層膜減反射體系增加了 0. 2^0. 3%。特別對多晶硅電池，光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到17. 5%。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I、硅片，2、氮化硅薄膜，3、氮化硅薄膜，4、氮化硅薄膜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例I一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，如圖I所示，在硅片I表面依次沉積有氮化硅薄膜2、氮化硅薄膜3和氮化硅薄膜4。一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜的制備方法，是對經(jīng)過清洗制絨，擴(kuò)散制備PN結(jié)，刻蝕去除晶體硅四周的PN結(jié)，清洗去除磷硅玻璃的處理步驟后的晶體硅鍍減反射膜，其特征在于，是利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在硅片表面依次沉積三層氮化硅薄膜，它包括下面的步驟(I)對爐管抽真空，保持爐內(nèi)溫度420°C，壓力50mTorr，時(shí)間為4min ；⑵對爐管進(jìn)行預(yù)處理，溫度升至460°C，氮?dú)饬髁繛镮Oslm進(jìn)行吹掃，后抽真空至壓力為IOOmTorr并保持2min ； (3)壓力測試,保證設(shè)備內(nèi)部壓力50mTorr恒定,保持0. 5min ； (4)沉積第一層氮化硅薄膜，溫度為460°C，氨氣流量為3. 8slm，硅烷流量為950sCCm，射頻功率5300瓦，持續(xù)時(shí)間130s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為10nm、折射率為2. 3的氮化娃薄膜。(5)氮?dú)?slm吹掃30s,抽真空至80mtor,沉積第二層氮化娃薄膜,溫度為450°C,氨氣流量為6. 8slm，硅烷流量為700SCCm，射頻功率5300瓦，持續(xù)時(shí)間200s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān),得到厚度為18nm、折射率為2. O的氮化娃薄膜。(6)氮?dú)?slm吹掃30s，抽真空至80mtor，沉積第三層氮化硅薄膜，溫度為450°C，氨氣流量為7slm，硅烷流量為480sccm，射頻功率5500瓦，持續(xù)時(shí)間350s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為45nm、折射率為I. 9的氮化硅薄膜；(7)氮?dú)獯祾呃鋮s，溫度為420°C，氮?dú)饬髁繛?slm,壓力為IOOOOmTorr,吹掃時(shí)間5min。實(shí)施例2一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，如圖I所示，在硅片I表面依次沉積有氮化硅薄膜2、氮化硅薄膜3和氮化硅薄膜4。一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜的制備方法，是對經(jīng)過清洗制絨，擴(kuò)散制備PN結(jié)，刻蝕去除晶體硅四周的PN結(jié)，清洗去除磷硅玻璃的處理步驟后的晶體硅鍍減反射膜，其特征在于，是利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在硅片表面依次沉積三層氮化硅薄膜，它包括下面的步驟 (I)對爐管抽真空，保持爐內(nèi)溫度420°C，壓力50mTorr，時(shí)間為4min ；(2)對爐管進(jìn)行預(yù)處理，溫度升至460°C，氮?dú)饬髁繛镮Oslm進(jìn)行吹掃，后抽真空至壓力為IOOmTorr并保持2min ； (3)壓力測試，保證設(shè)備內(nèi)部壓力50mTorr恒定，保持O. 5min ； (4)沉積第一層氮化硅薄膜，溫度為460°C，氨氣流量為3. 9slm,硅烷流量為lOOOsccm，射頻功率5500瓦，持續(xù)時(shí)間135s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為8nm、折射率為2. 3的氮化娃薄膜；(5)氮?dú)?slm吹掃30s,抽真空至80mtor,沉積第二層氮化硅薄膜，溫度為450°C，氨氣流量為7. Oslm，硅烷流量為730sCCm，射頻功率5400瓦，持續(xù)時(shí)間208s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為22nm、折射率為2. I的氮化娃薄膜；(6)氮?dú)?slm吹掃30s,抽真空至80mtor,沉積第三層氮化娃薄膜,溫度為450°C，氨氣流量為7. lslm，硅烷流量為495sCCm，射頻功率5500瓦，持續(xù)時(shí)間345s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為42nm、折射率為2. O的氮化硅薄膜；(7)氮?dú)獯祾呃鋮s，溫度為420°C，氮?dú)饬髁繛?slm，壓力為IOOOOmTorr,吹掃時(shí)間6min。實(shí)施例3一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，如圖I所示，在硅片I表面依次沉積有氮化硅薄膜2、氮化硅薄膜3和氮化硅薄膜4。一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜的制備方法，是對經(jīng)過清洗制絨，擴(kuò)散制備PN結(jié)，刻蝕去除晶體硅四周的PN結(jié)，清洗去除磷硅玻璃的處理步驟后的晶體硅鍍減反射膜，其特征在于，是利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在硅片表面依次沉積三層氮化硅薄膜，它包括下面的步驟(I)對爐管抽真空，保持爐內(nèi)溫度420°C，壓力50mTorr，時(shí)間為4min ；⑵對爐管進(jìn)行預(yù)處理，溫度升至460°C，氮?dú)饬髁繛镮Oslm進(jìn)行吹掃，后抽真空至壓力為IOOmTorr并保持2min ； (3)壓力測試,保證設(shè)備內(nèi)部壓力50mTorr恒定,保持0. 5min ； (4)沉積第一層氮化硅薄膜，溫度為460°C，氨氣流量為4slm，硅烷流量為llOOsccm，射頻功率5600瓦，持續(xù)時(shí)間140s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為12nm、折射率為2. 4的氮化娃薄膜；(5)氮?dú)?slm吹掃30s,抽真空至80mtor,沉積第二層氮化娃薄膜,溫度為450°C,氨氣流量為7. 2slm，硅烷流量為750SCCm，射頻功率5600瓦，持續(xù)時(shí)間215s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得到厚度為24nm、折射率為2. I的氮化硅薄膜；(6)氮?dú)?slm吹掃30s，抽真空至80mtor，沉積第三層氮化硅薄膜，溫度為450°C，氨氣流量為7. 2slm，硅烷流量為520sccm，射頻功率5500瓦，持續(xù)時(shí)間340s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)，得 到厚度為40nm、折射率為I. 9的氮化硅薄膜；(7)氮?dú)獯祾呃鋮s，溫度為420°C，氮?dú)饬髁繛閘Oslm，壓力為 IOOOOmTorr,吹掃時(shí)間 8min。
權(quán)利要求
1.一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，其特征在于，它是由三層膜構(gòu)成，第一層為太陽能電池晶體硅表面的氮化硅薄膜，厚度為8 12nm，折射率為2. 3^2. 4，第二層氮化硅薄膜的厚度為18 24nm，折射率為2. (Γ2. I，第三層氮化硅薄膜的厚度為35 45nm，折射率為 I. 9 2. O。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，其特征在于，所述的三層氮化硅減反射膜的厚度之和為72 77nm。
3.一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜的制備方法，是對經(jīng)過清洗制絨，擴(kuò)散制備PN結(jié)，刻蝕去除晶體硅四周的PN結(jié)，清洗去除磷硅玻璃的處理步驟后的晶體硅鍍減反射膜，其特征在于，是利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在硅片表面依次沉積三層氮化硅薄膜，它包括下面的步驟 (1)對爐管抽真空，保持爐內(nèi)溫度420°C，壓力50mTorr，時(shí)間為4min； (2)對爐管進(jìn)行預(yù)處理，溫度升至460°C，氮?dú)饬髁繛镮Oslm進(jìn)行吹掃，后抽真空至壓力為 IOOmTorr 并保持 2min ； (3)壓力測試,保證設(shè)備內(nèi)部壓力50mTorr恒定,保持O.5min ； (4)沉積第一層膜，溫度為460°C，氨氣流量為3.8^4slm,硅烷流量為95(Tll00sCCm，射頻功率5300 5600瓦，持續(xù)時(shí)間13(Tl40s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)； (5)氮?dú)?slm吹掃30s，抽真空至80mtor，沉積第二層膜，溫度為450°C，氨氣流量為.6.8 7. 2slm,硅烷流量為70(T750sccm，射頻功率5300 5600瓦，持續(xù)時(shí)間20(T215s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)； (6)氮?dú)?slm吹掃30s，抽真空至80mtor，沉積第三層膜，溫度為450°C，氨氣流量為Tl. 2slm，硅烷流量為48(T520sccm，射頻功率5500瓦，持續(xù)時(shí)間340 350s，射頻器占空比設(shè)置為5ms開/50ms關(guān)； (7)氮?dú)獯祾呃鋮s，溫度為420°C，氮?dú)饬髁繛? lOslm，壓力為IOOOOmTorr,吹掃時(shí)間5 8min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜，其特征在于，它是由三層膜構(gòu)成，第一層為太陽能電池晶體硅表面的氮化硅薄膜，厚度為8～12nm，折射率為2.3～2.4，第二層氮化硅薄膜的厚度為18～24nm，折射率為2.0～2.1，第三層氮化硅薄膜的厚度為35～45nm，折射率為1.9～2.0。本發(fā)明還提供一種制備晶體硅太陽能電池三層氮化硅減反射膜的方法，利用硅烷和氨氣為原料，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，采用新的工藝參數(shù)，在硅片上鍍?nèi)龑诱凵渎逝c膜厚不同的氮化硅薄膜體系，具有對設(shè)備要求不高，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。本鍍膜工藝增強(qiáng)了鍍膜的鈍化效果，降低了減反射膜對光的反射率，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。三層氮化硅減反射膜能比單層減反射膜體系增加光電轉(zhuǎn)換效率0.2～0.3%。
文檔編號C23C16/34GK102903764SQ20121036932
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者侯澤榮, 黃侖, 盧春暉, 王金偉, 崔梅蘭 申請人:東方電氣集團(tuán)(宜興)邁吉太陽能科技有限公司