CN101931022A - 晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的制备方法，在已完成扩散制结步骤的硅片表面沉积减反射膜，减反射膜包括多层薄膜，多层薄膜间隔采用高频或低频起辉的等离子增强化学气相沉积。通过高、低频下沉积薄膜的内应力补偿，减小了整体薄膜的应力；通过高、低频下沉积薄膜的表面钝化和体钝化效果互补，提高了整体钝化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制备技术，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种通过光伏效应将太阳能转化为电能的半导体器件。
如图1所示，现有技术中的晶体硅太阳能电池的结构，是在P型单晶或多晶硅材料1表面扩散一层N型掺杂层2形成PN结，背面印刷A1背电场4，当太阳光透过减反射膜3入射到电池中时，在电池的PN结两边产生电子-空穴对(electron-hole)，由PN结两边的金属电极5和6分别将电子和空穴收集起来，提供给外电路。
现有技术中，应用较为广泛的一种太阳能电池的减反射膜是SiN膜，折射率可达到1.9～2.5，可以有效地减少电池对太阳光的反射。
除此之外，采用PECVD(等离子增强化学气相淀积)方法沉积SiN膜时，会产生副产物氢，氢原子对硅片具有表面钝化与体钝化的双重作用，能够很好地修复硅中的位错、表面悬挂键，提高硅片中载流子的迁移率，从而提高电池效率。
SiN膜的内应力和微观结构是决定SiN膜质量的重要因素。SiN膜的内应力和微观结构取决于薄膜生长的条件和环境，诸如等离子体起辉频率，等离子体起辉功率，温度，气体压力，气体组分等等。
在进行PECVD工艺时，不同频率下产生的等离子体由于等离子体密度和离子能量的区别，对薄膜生长过程有着重要的影响，导致最终生长的薄膜致密性，元素含量和内应力不同。在相同的工艺参数条件下，对于电极上施加高频(＞10MHz)和施加低频(＜1MHz)电源所产生的等离子体而言，高频下等离子体密度高，但由于电场方向变化过快，离子没有时间响应电场的加速过程，因此离子能量较低，与之对应的低频下的等离子体则是等离子体密度较低，离子能量相对较高。等离子体密度影响沉积速率，而离子能量则影响对基片和薄膜的轰击作用。轰击作用大，会使生成的薄膜结构较为致密，但同时也会对薄膜表面产生一定的损伤；轰击作用小，生成的薄膜结构较为疏松，表面损伤小。
对于作为太阳能电池减反射膜SiN而言，致密性和Si/N元素比会影响折射率，影响减反射效果；致密性、H元素含量和离子轰击会影响表面钝化和体钝化效果；离子轰击会影响内应力，影响SiN膜的机械性能。
选择合适的等离子体起辉频率对最终沉积的SiN膜的减反射性能，表面钝化与体钝化性能及机械性能有着重要的影响。
现有技术中，采用PECVD方法沉积太阳能电池SiN减反射膜时，产生等离子体所采用的频率有40kHz、250kHz、13.56MHz以及2.45GHz等，只能单独提供高频或者低频沉积SiN膜。
上述现有技术至少存在以下缺点：
SiN膜的内应力调节窗口小，难以获得无内应力的薄膜；SiN膜的表面钝化效果和体钝化效果不能兼顾。
发明内容
本发明的目的是提供一种能减小减反射膜内应力、提高表面钝化和体钝化效果的晶体硅太阳能电池的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的晶体硅太阳能电池的制备方法，包括在已完成扩散制结步骤的硅片表面沉积减反射膜，所述减反射膜包括多层薄膜；
所述多层薄膜中，相互间隔采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积及低频起辉的等离子增强化学气相沉积；
所述高频大于或等于10MHz，所述低频小于或等于1MHz。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，由于减反射膜包括多层薄膜，多层薄膜间隔采用高频及低频起辉的等离子增强化学气相沉积。能减小减反射膜内应力、提高表面钝化和体钝化效果。
附图说明
图1为现有技术中的晶体硅太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明的晶体硅太阳能电池的制备方法，其较佳的具体实施方式是：包括在已完成扩散制结步骤的硅片表面沉积减反射膜，所述减反射膜包括多层薄膜；
多层薄膜中，相互间隔采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积及低频起辉的等离子增强化学气相沉积；所述高频大于或等于10MHz，所述低频小于或等于1MHz。
可以在多层薄膜中，底层薄膜采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积；其上一层薄膜采用低频起辉的等离子增强化学气相沉积，再上的多层薄膜间隔采用高频或低频起辉的等离子增强化学气相沉积；也可以底层薄膜采用低频起辉的等离子增强化学气相沉积；其上一层薄膜采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积，向上依次间隔。
具体减反射膜可以包括2n层薄膜，n为正整数。如2层、4层、6层等；
所述2n层薄膜中，自下而上奇数层薄膜采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积，偶数层薄膜采用低频起辉的等离子增强化学气相沉积，依次相间布置。
上述的多层薄膜可以为以下一种或多种薄膜：SiON薄膜、SiO2薄膜、SiN薄膜。
本发明采用双层或多层SiN膜(或SiON薄膜、SiO2薄膜等)作为减反射膜，相邻层间SiN膜采用不同的等离子体起辉频率沉积。双层减反射膜结构的特征是高频下制备的SiN膜作为底层，低频下制备的SiN膜作为顶层。底层薄膜提供良好的表面钝化效果，表现出张应力，顶层薄膜提供良好的体钝化效果，表现出压应力，两层之间的内应力得以补偿，使整个双层减反射膜的内应力减小，同时具有良好的表面钝化和体钝化效果。多层减反射膜结构的特征是在双层减反射膜结构之间增加薄膜层，相邻层间采用不同的等离子体起辉频率沉积。
具体实施例一：
采用双层SiN薄膜作为太阳能电池的减反射膜。在已完成扩散制结步骤的硅片表面，可以以SiH4/NH3/N2或者SiH4/NH3/H2等作为反应气体，用PECVD法沉积双层减反射膜。具体方法是：先调解SiH4/NH3的气体比例在1∶2.5到1∶5之间，硅片温度在350～550℃之间，给高频电源施加一定的功率，低频电源功率为0，在硅片表面沉积SiN薄膜，厚度约为5～30nm。随后在同一设备同一次工艺操作中改变SiH4/NH3气体比例在1∶3.5～1∶6之间，改变高频电源功率为0，给低频电源施加一定的功率，沉积SiN薄膜，厚度约为50～75nm。
具体实施例二：
采用多层SiN薄膜作为太阳能电池的减反射膜。在双层减反射膜之间增加2n(n＝1，2，3...)层SiN膜，由硅片向上奇数层为高频下制备薄膜，偶数层为低频下制备薄膜，以四层SiN薄膜为例：先调解SiH4/NH3的气体比例在1∶2.5到1∶5之间，硅片温度在350～550℃之间，给高频电源施加一定的功率，低频电源功率为0，在硅片表面沉积SiN薄膜，厚度约为5～10nm。随后在同一设备同一次工艺操作中改变SiH4/NH3气体比例在1∶3.5～1∶6之间，改变高频电源功率为0，给低频电源施加一定的功率，沉积SiN薄膜，厚度约为10～15nm。再调解SiH4/NH3的气体比例在1∶2.5到1∶5之间，给高频电源施加一定的功率，低频电源功率为0，在硅片表面沉积SiN薄膜，厚度约为25～30nm。随后在同一设备同一次工艺操作中改变SiH4/NH3气体比例在1∶3.5～1∶6之间，改变高频电源功率为0，给低频电源施加一定的功率，沉积SiN薄膜，厚度约为35～40nm。
本发明通过高、低频下沉积薄膜的内应力补偿，减小了整体薄膜的应力；通过高、低频下沉积薄膜的表面钝化和体钝化效果互补，提高了整体钝化效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种晶体硅太阳能电池的制备方法，包括在已完成扩散制结步骤的硅片表面沉积减反射膜，其特征在于：所述减反射膜包括多层薄膜；
所述多层薄膜中，相互间隔采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积及低频起辉的等离子增强化学气相沉积；
所述高频大于或等于10MHz，所述低频小于或等于1MHz。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述多层薄膜中，底层薄膜采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积；其上一层薄膜采用低频起辉的等离子增强化学气相沉积。
3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述减反射膜包括2n层薄膜，n为正整数；
所述2n层薄膜中，自下而上奇数层薄膜采用高频起辉的等离子增强化学气相沉积，偶数层薄膜采用低频起辉的等离子增强化学气相沉积。
4.根据权利要求1、2或3所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述薄膜为以下一种或多种薄膜：SiON薄膜、SiO2薄膜、SiN薄膜。
5.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述减反射膜包括4层薄膜，包括步骤：
A、采用工艺气体SiH4与NH3的比例在1∶2.5到1∶5之间，硅片温度在350～550℃之间，采用所述高频起辉，在硅片表面沉积SiN薄膜，厚度为5～10nm。
B、改变SiH4与NH3的气体比例在1∶3.5～1∶6之间，采用所述低频起辉，沉积SiN薄膜，厚度为10～15nm。
C、改变SiH4与NH3的气体比例在1∶2.5到1∶5之间，采用所述高频起辉，沉积SiN薄膜，厚度为25～30nm。
D、改变SiH4与NH3的气体比例在1∶3.5～1∶6之间，采用所述低频起辉，沉积SiN薄膜，厚度为35～40nm。
6.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述减反射膜包括2层薄膜，包括步骤：
A、采用工艺气体SiH4与NH3的比例在1∶2.5到1∶5之间，硅片温度在350～550℃之间，采用所述高频起辉，在硅片表面沉积SiN薄膜，厚度为5～30nm。
B、改变SiH4与NH3的气体比例在1∶3.5～1∶6之间，采用所述低频起辉，沉积SiN薄膜，厚度为50～75nm。
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