專利名稱：太陽能電池上的抗反射覆層以及用于制造這種抗反射覆層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在由晶體硅制成的太陽能電池上的抗反射覆層， 以及一種用于制造這種抗反射覆層的方法。
背景技術(shù)：
在由晶體硅制成的太陽能電池上的抗反射覆層的任務(wù)在于，在隨 后的太陽能電池組件中積極影響太陽能電池的優(yōu)化的反射消除，并且 同時實(shí)現(xiàn)針對硅表面的、以及以及在硅內(nèi)的晶界和缺陷的良好的電鈍 化。對于由晶體硅制成的太陽能電池的抗反射覆層通常情況下主要采 用氮化硅，該氮化硅借助等離子化學(xué)方法沉積在太陽能電池的正面。 該方法如此實(shí)施，即在氮化硅沉積期間同時把足夠量的氫嵌入到氮化 硅層中。除了主要爭取的抗反射效果之外，在隨后的高溫處理步驟中通過 把氫擴(kuò)散到硅內(nèi)還獲得了晶體硅太陽能電池的表面鈍化和體積鈍化的 優(yōu)點(diǎn)。由此這種太陽能電池的效率與具有不帶這種鈍化效果的抗反射 層的太陽能電池相比較而言被明顯改善了。DE 35 11 675 C2給出了抗反射膜的例子(但沒有附加地嵌入氫)。 抗反射膜通過反應(yīng)性的濺射如此施加到硅上，使得在抗反射膜和接納 光線的層之間的邊界面的這一側(cè)氮含量最大而氧含量最小，并且隨著 距離該邊界面距離的增加氮含量減少而氧含量增加。由此產(chǎn)生具有連 續(xù)變化的折射率的反射膜。為了生成抗反射層所使用的等離子化學(xué)方法(等離子-化學(xué)氣相沉 積(CVD)、濺射)需要非常復(fù)雜的真空處理步驟，由此導(dǎo)致了高昂 的成本。此外，因此，簡單且容易處理的連續(xù)方法無法在沒有不可替 代的高昂真空費(fèi)用(閘門)的情況下應(yīng)用。另一方面，特別是在太陽 能電池不斷變簿并進(jìn)而容易折斷的情況下，連續(xù)方法具有越來越重要 的意義。
此外氮化硅抗反射層的、對于良好的鈍化所必須的氫含量在太陽 能電池制造過程中有這樣的缺點(diǎn)，即通過其在隨后的高溫處理步驟中 將導(dǎo)致"起泡"(即局部地在硅層內(nèi)的貝殼狀地爆發(fā))。
可以這樣抑制這種效果，即一方面把在層內(nèi)的氫含量限制到必須 的最小值，而另一方面限制后續(xù)的高溫處理步驟的參數(shù)范圍。當(dāng)然在 這里缺點(diǎn)是這種折衷辦法不允許優(yōu)化的處理步驟的設(shè)計(jì)。
為了在氧化硅內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能高的氫含量，在很多方法中都必須生 成非常稀松地構(gòu)造的層。當(dāng)然這導(dǎo)致在后續(xù)的高溫處理步驟(在該高 溫處理步驟中把氫擴(kuò)散到硅表面和硅內(nèi)部)中，氫的大部分選擇最小 抵抗力的路徑，并且由氮化硅層從硅中擴(kuò)散出來，并且進(jìn)而不再用于 硅的鈍化。
氮化硅的應(yīng)用由此與這樣的缺點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，即在太陽能電池組件
中所必須的、在太陽能電池的硅(折射率n-3.88)和太陽能電池組件的 蓋板玻璃(n=1.46)之間的光學(xué)配合，由于其折射率為n-2…2.1而不可 能優(yōu)化地實(shí)現(xiàn)。
多層的氮化硅層的應(yīng)用或者具有連續(xù)變化的折射率的梯度層的應(yīng) 用部分抵消了這些缺點(diǎn)，然而沒有完全克服它。
較為有利的光學(xué)特性(n=2.3...2.5)可以通過氧化鈦達(dá)到，其能夠通過簡單的連續(xù)方法制造。然而氧化鈦不能提供鈍化效果。 發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的任務(wù)在于，實(shí)現(xiàn)一種在由晶體硅制成的太陽能電池 上的抗反射覆層，所述抗反射覆層既實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的光學(xué)特性設(shè)計(jì)又實(shí) 現(xiàn)了優(yōu)化的鈍化特性設(shè)計(jì)，并且其制造能夠簡單又經(jīng)濟(jì)地整合到特別 是非常薄的晶體硅太陽能電池的制造過程中。本發(fā)明的任務(wù)將如此解決，即所述抗反射覆層由彼此相繼的部 分層組成，在這些部分層中，覆蓋晶體硅的下部分層被構(gòu)造為具有特 別高氫含量的抗反射覆層；并且該下部分層被上部分層覆蓋，所述上 部分層具有防止氫向外擴(kuò)散的被提高了的柵欄效應(yīng)。所述下部分層是非晶的或者晶體的Si:H層或者SixNy:H層，與此相 反所述上部分層由Ti02構(gòu)成。此外所述下部分層在Si:H層的情況下具有l(wèi)至10納米的層厚，而在 SixNy:H層的情況下具有3至10納米的層厚，其中，兩個部分層的層厚總 共相當(dāng)于太陽光的平均值的平均波長的四分之一。本發(fā)明的任務(wù)還在于，給出用于制造這種抗反射覆層的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于基本整面地覆蓋太陽能電池的晶 體硅的下部分層在等離子化學(xué)方法中，在常壓下以高的(最大可能的) 氫含量被作為鈍化層沉積在所述晶體硅上；以及隨后在該下部分層上 在常壓下沉積基本整面地覆蓋其的上部分層，所述上部分層具有防止 氫向外擴(kuò)散的被提高了的柵欄效應(yīng)。在第一變形例中，該下部分層在連續(xù)式爐的第一爐部分內(nèi)生成， 其中，在直到大約500。C的溫度條件下，太陽能電池被暴露給遠(yuǎn)程地在常壓下生成的等離子體，所述等離子體包括具有元素硅和氫的一種或多種過程氣體(Prozessgas)，從而生成Si:H層；并且隨后把該太陽能電池 傳遞給第二爐部分，在該第二爐部分中在相似溫度情況下借助純粹熱 常壓CVD沉積，來沉積Ti02以形成所述上部分層。遠(yuǎn)程地生成等離子體這個概念應(yīng)該如此理解，即該等離子體在等 離子室內(nèi)生成，在該等離子室內(nèi)不存在基底(待覆層的太陽能電池)， 其中，通過該等離子體激發(fā)的元素從該等離子室出來由輕微的氣流推 動到待鍍膜的基底上。在第二變形例中下部分層在真空裝置內(nèi)生成，方法是在直到500。C的溫度條件下把太陽能電池暴露給由多種過程氣體構(gòu)成的等離 子體，其中，所述過程氣體包括元素硅、氮和氫，從而生成SixNy:H層； 并且隨后把該太陽能電池傳遞給連續(xù)式爐，在該連續(xù)式爐中在相似溫 度情況下借助純粹熱常壓CVD沉積，來沉積Ti02以形成所述上部分層。在第三變形例中下部分層在真空裝置內(nèi)生成，方法是在直到 500。C的溫度條件下把太陽能電池暴露給由多種過程氣體構(gòu)成的等離 子體，其中，所述過程氣體包括元素硅、氮和氫，從而生成SixNy:H層；并且隨后為了形成所述上部分層，該太陽能電池在真空室的另一部分 內(nèi)通過濺射方法被覆以Ti02。在第四變形例中下部分層在連續(xù)式爐內(nèi)生成，在該連續(xù)式爐內(nèi)， 在直到大約500。C的溫度條件下，太陽能電池被暴露給遠(yuǎn)程地在常壓下 生成的等離子體，所述等離子體包括具有元素硅、氮和氫的一種或多 種過程氣體，從而生成SixNy:H層；并且隨后為了形成所述上部分層， 該太陽能電池在真空室內(nèi)通過濺射方法被覆以Ti02。在本發(fā)明的延續(xù)中，所述下部分層在Si:H層的情況下被沉積直到l 至10納米的層厚，而在SixNy:H層的情況下被沉積直到3至10納米的層厚，并且隨后所述上部分層被沉積直到達(dá)到總層厚，所述總層厚相當(dāng) 于太陽光的平均值的平均波長的四分之一。
通過根據(jù)本發(fā)明的解決方法使得用于部分層的不同材料和不同的 層制造方法可以相互如此組合，使得所得到的層系統(tǒng)的光學(xué)特性和鈍 化特性能夠相互分離地被優(yōu)化調(diào)整。
結(jié)果是，整體層系統(tǒng)關(guān)于其特性和其制造過程具有新優(yōu)化的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，通過針對晶體硅太陽電池的鈍化覆層和抗反射覆層 的多層系統(tǒng)，把電子特性從光學(xué)特性中分離出來，這種分離還提供另 外的潛力。薄的、與硅緊鄰的鈍化覆層和抗反射覆層(下部分層)能 夠關(guān)于鈍化效果地被優(yōu)化。其中該層的透明性(該透明性通過消光系 數(shù)kl來描述)因其很小的層厚而具有次要意義。這使得例如應(yīng)用富硅 的氮層或者甚至應(yīng)用非晶的硅成為可能，由此能夠獲得進(jìn)一步優(yōu)化的 鈍化效果。


下面根據(jù)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。在所屬附圖中 圖l示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的基底上的層構(gòu)造； 圖2示出具有連續(xù)式爐的、用于制造根據(jù)圖l的層構(gòu)造的系統(tǒng)布置 圖3示出具有真空裝置和下游的連續(xù)式爐的、用于制造根據(jù)圖l的 層構(gòu)造的系統(tǒng)布置；
圖4示出具有多部分式真空裝置的、用于制造根據(jù)圖l的層構(gòu)造的
系統(tǒng)布置；并且
圖5示出具有多部分式的可抽真空的連續(xù)式爐的、用于制造根據(jù)圖 l的層構(gòu)造的系統(tǒng)布置。
具體實(shí)施例方式
圖2給出第一實(shí)施例。在連續(xù)式爐2的第一爐部分1內(nèi)(待覆層的基底或者晶片S (太陽能電池)在直到500。C的溫度情況下借助傳送裝置3經(jīng)過該連續(xù)式爐2)， 遠(yuǎn)程地在常壓下由等離子源4生成的等離子體5被用于激發(fā)一種或者多 種通過過程氣體輸入部6所輸入的、包含元素硅和氫的過程氣體。由此 在晶片S上生成非晶或者晶體的Si:H層形式的下部分層Sl，其具有大約l 至10納米的厚度d,。隨后沉淀覆蓋下部分層S1的、具有厚度d2的、由Si02構(gòu)成的上部 分層S2。對此晶片S被傳遞給該連續(xù)式爐1的第二爐部分7，在第二爐部 分7內(nèi)在相似的溫度下發(fā)生純粹熱常壓CVD沉積，直到達(dá)到理想的總層 厚d-山+d2，所述總層厚是太陽光的平均值的平均波長的四分之一。圖l示出了所得到的層結(jié)構(gòu)。圖3中示出第二實(shí)施例。這里，在真空裝置8內(nèi)把待覆層的晶片S 在直至500。C下暴露給一種或者多種過程氣體的等離子體，所述過程氣 體包含元素硅、氮和氫。過程氣體通過過程氣體輸入部9導(dǎo)入到真空裝 置8內(nèi)。覆層過程在此被如此長地執(zhí)行，直到薄的下部分層S1以非晶或 者晶體的SixNy:H層形式生成具有大約3至10納米的厚度山為止。隨后，晶片S經(jīng)由傳送裝置lO進(jìn)入連續(xù)式爐ll，在該連續(xù)式爐ll 內(nèi)在相似的溫度下發(fā)生Ti02的純粹熱常壓CVD沉積，直到上部分層S2 以厚度d2達(dá)到理想的總層厚d，所述總層厚d是太陽光的平均值的平均波 長的四分之一。為此，連續(xù)式爐11具有加熱裝置12和過程氣體輸入部 13。圖4給出第三實(shí)施例。在真空裝置15的第一部分14內(nèi)，待覆層的晶片S在直至500。C下暴露給通過過程氣體輸入部18輸入的一種或多種過程氣體的等離子體 16，所述一種或多種過程氣體包括元素硅、氮和氫。該等離子體由等
離子源17生成。覆層過程被如此長地執(zhí)行，直到由SixNy:H構(gòu)成的下部 分層Sl被構(gòu)造為具有3至10納米的層厚d,。
然后，晶片S在真空裝置15的第二部分19內(nèi)通過濺射方法優(yōu)選以 Ti02、形成具有厚度d2的上部分層S2地被覆層，直到達(dá)到理想的總層厚 d，所述總層厚是太陽光的平均值的平均波長的四分之一。為了該目的， 第二部分19被裝配了等離子源20。
圖5中示出第四實(shí)施例。
待覆層的晶片S將在直到500。C的溫度條件下被引導(dǎo)通過可被抽真 空的連續(xù)式爐21，在該連續(xù)式爐21內(nèi)，遠(yuǎn)程地在常壓下通過等離子源 22所生成的等離子體23被用于把一種或多種過程氣體通過過程氣體輸 入部24輸入到第一部分25內(nèi)(所述過程氣體包括元素硅、氮和氫)， 并且激發(fā)所述過程氣體，以生成由SixNy:H構(gòu)成的、具有3至10納米的厚 度山的下部分層S1。
隨后以厚度d2制造上部分層S2。此外，晶片S被送到真空室的第二 部分26內(nèi)，并且在那里通過濺射方法優(yōu)選覆以Ti02，直到達(dá)到理想的總 層厚d，所述總層厚是太陽光的平均值的平均波長的四分之一。針對濺 射所必須的過程氣體通過輸入部27被輸入到具有等離子源28的第二部 分26中。
晶片S穿過連續(xù)式爐21的輸送借助合適的傳送裝置29，例如傳送帶 裝置或者步進(jìn)梁裝置，來實(shí)現(xiàn)。S 基底/晶片 Sl下部分層 S2上部分層1 第一爐部分2 連續(xù)式爐3 傳送裝置4 等離子源5 等離子體6 過程氣體輸入部7 第二爐部分8 真空裝置9 過程氣體輸入部 10傳送裝置11連續(xù)式爐12加熱裝置13過程氣體輸入部14第一部分15真空裝置17等離子源18過程氣體輸入部19第二部分20等離子源21連續(xù)式爐22等離子源23等離子體24過程氣體輸入部25第一部分26第二部分 27輸入部 28等離子源 29傳送裝置
權(quán)利要求
1.在由晶體硅制成的太陽能電池上的抗反射覆層，其特征在于，所述抗反射覆層由彼此相繼的部分層組成，在所述部分層中，覆蓋所述晶體硅的下部分層被構(gòu)造為抗反射覆層和具有特別高的氫含量的鈍化部，該下部分層被上部分層覆蓋，所述上部分層具有防止氫向外擴(kuò)散的被提高了的柵欄效應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的抗反射覆層，其特征在于，所述下部分 層是非晶的或者晶體的Si:H層或者S"Ny:H層；以及所述上部分層由 Ti02構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗反射覆層，其特征在于，所述下部分 層在Si:H層的情況下具有l(wèi)至10納米的層厚，以及在Si,Ny:H層的情況下 具有3至10納米的層厚。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗反射覆層，其特征在于，兩個部分層 的所述層厚總共相當(dāng)于太陽光的平均值的平均波長的四分之一。
5. 用于制造在由晶體硅制成的太陽能電池上的抗反射覆層的方 法，其特征在于，基本整面地覆蓋所述太陽能電池的晶體硅的下部分 層在等離子化學(xué)方法中，在常壓下以高的(最大可能的)氫含量被作 為鈍化層沉積在所述晶體硅上；以及隨后在所述下部分層上在常壓下 沉積基本整面地覆蓋其的上部分層，所述上部分層具有防止氫向外擴(kuò) 散的被提高了的柵欄效應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述下部分層在連 續(xù)式爐中生成，在所述連續(xù)式爐內(nèi)，在直到大約500。C的溫度條件下， 所述太陽能電池被暴露給遠(yuǎn)程地在常壓下生成的等離子體，所述等離 子體包括具有元素硅和氫的一種或多種過程氣體，從而生成Si:H層；以及隨后把所述太陽能電池傳遞給第二爐部分，在所述第二爐部分中在相似溫度情況下借助純粹熱常壓CVD沉積，來沉積Ti02以形成所述上部分層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過在直到500。C的 溫度條件下把所述太陽能電池暴露給由多種過程氣體構(gòu)成的等離子 體，所述下部分層在真空裝置內(nèi)生成，其中，所述過程氣體包括元素 硅、氮和氫，從而生成SixNy:H層；以及隨后把所述太陽能電池傳遞給 連續(xù)式爐，在所述連續(xù)式爐中在相似溫度情況下借助純粹熱常壓CVD 沉積，來沉積Ti02以形成所述上部分層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過在直到100。C的 溫度條件下把所述太陽能電池暴露給由多種過程氣體構(gòu)成的等離子 體，所述下部分層在真空裝置內(nèi)生成，其中，所述過程氣體包括元素 硅、氮和氫，從而生成SixNy:H層；以及隨后為了形成所述上部分層， 所述太陽能電池在真空室的另一部分內(nèi)通過濺射方法被覆以Ti02。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述下部分層在連 續(xù)式爐內(nèi)生成，在所述連續(xù)式爐內(nèi)，在直到大約500。C的溫度條件下， 所述太陽能電池被暴露給遠(yuǎn)程地在常壓下生成的等離子體，所述等離 子體包括具有元素硅、氮和氫的一種或多種過程氣體，從而生成SixNy:H 層；以及隨后為了形成所述上部分層，所述太陽能電池在真空室內(nèi)通 過濺射方法被覆以Ti02。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5至9所述的方法，其特征在于，所述下部分 層在Ti:H層的情況下被沉積直到1至10納米的層厚，以及在TixNy:H 層的情況下被沉積直到3至IO納米的層厚，以及隨后所述上部分層被 沉積直到達(dá)到總層厚，所述總層厚相當(dāng)于太陽光的平均值的平均波長 的四分之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在由晶體硅制成的太陽能電池上的抗反射覆層，以及一種用于制造這種抗反射覆層的方法。通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在由晶體硅制成的太陽能電池上的抗反射覆層，所述抗反射覆層既實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的光學(xué)特性設(shè)計(jì)又實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的鈍化特性設(shè)計(jì)，并且其制造能夠簡單又經(jīng)濟(jì)地整合到非常薄的晶體硅太陽能電池的制造過程中。這是如此實(shí)現(xiàn)的，即所述抗反射覆層由彼此相繼的部分層組成，在這些部分層中，覆蓋晶體硅(S)的下部分層(S1)被構(gòu)造為抗反射覆層和具有特別高的氫含量的鈍化部，該下部分層(S1)被上部分層(S2)覆蓋，所述上部分層(S2)具有防止氫向外擴(kuò)散的、被提高了的柵欄效應(yīng)。
文檔編號H01L31/0216GK101305471SQ200680040988
公開日2008年11月12日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者羅伯特·邁克爾·阿通, 雷納·莫勒 申請人:森托塞姆光伏股份有限公司