CN103413868A - 一种晶硅太阳能电池多层膜制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及晶硅太阳能电池减反射膜制备工艺，具体涉及一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺。本发明采用多次改变反应气体的通断，晶硅片一次进入镀膜设备形成两层或多层SiNx：H减反射膜。用该工艺可以提高太阳电池短路电流14-20mA，开路电压高1.1-5mV，效率提升0.1-0.2%，并且太阳电池分档更加集中。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能减反射膜制备工艺，具体涉及一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺。
背景技术
早在1996年，Kyocera公司用SiNx:H做为太阳电池的减反射膜，使多晶硅太阳电池的效率达到了17.1%。现在，用离子增强化学气相沉积（PECVD）制备SiNx:H已经成为传统太阳电池的标准工艺之一，主要有三点作用：作为减反射膜降低太阳电池表面的反射率；表面钝化，降低表面复合速度（SRV）；体钝化，降低体复合速度。在实际的应用中，为了提高减反射效果，往往会损失钝化效果:如果SiNx:H的折射率更高些 (例如2.2－2.3之间) 的SiNx:H薄膜具有更高的Si-H键密度，可以有效地降低反向饱和电流，具有更好的钝化效果，但是SiNx:H薄膜的折射率过大时会导致严重的吸收损失。
但是多层膜的实现，一般要需要硅片多次进入设备进行多次镀膜，这样虽然太阳电池的效率可以得到一定的提升，但是相应的太阳电池产线产能大大降低；另外如果分开进行多次镀膜，薄膜的性能就会不均一，效率提升空间也有限。
另外晶硅太阳电池好的钝化和减反射效果可以提高太阳电池的一致性，使太阳电池分组变窄，减少太阳电池组件的功率损失，而且可以降低低效太阳电池片，提高产品良率和高效片比例。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，本发明可以在同一设备中连续地进行多次太阳电池减反射膜的沉积，不但提高太阳光的吸收率，而且还可以提高太阳电池的钝化效果，提高开路电压，最终提高了太阳电池的效率。
本发明一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺技术方案为，在硅片的受光面设置两层以上减反射膜。
优选的，在硅片的受光面设置三层减反射膜。
所述减反射膜为SiNx：H减反射膜。
具体步骤为：
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度400-500℃条件下，经过检漏后通入2-8slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.5-4slm SiH4，SiH4气体通入时间60-500s，形成膜厚5-50nm，折射率1.9-2.4的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入。
第二层减反射膜制备：（1）在温度400-500℃条件下，通入4-10slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.1-3slm SiH4，SiH4气体通入时间400-2000s，形成膜厚40-150nm，折射率1.8-2.0的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入。
第三层减反射膜制备：（1）在温度400-500℃条件下，通入5-12slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.05-2slm SiH4，SiH4气体通入时间0-2000s，形成膜厚0-150nm，折射率1.7-1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
优选的，包括以下步骤：
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度440℃条件下，经过检漏后通入3.2slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.9slm SiH4，SiH4气体通入时间100s，形成膜厚9nm，折射率2.35的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间200s，形成膜厚20nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第三层减反射膜制备：（1）在温度460℃条件下，通入6slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.2slm SiH4，SiH4气体通入时间1000s，形成膜厚75nm，折射率1.7的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
两层减反射膜的制备，具体步骤为：
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度450℃条件下，经过检漏后通入3.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.8slm SiH4，SiH4气体通入时间125s，形成膜厚10nm，折射率2.3的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间1030s，形成膜厚80nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
本发明的有益效果为：本发明的晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，一次性在太阳电池表面连续制备多层减反射膜，不需要硅片多次进入设备进行多次镀膜，保证了太阳电池产线产能，同时提升了太阳电池的效率；不必分开进行多次镀膜，保证了薄膜性能的均一。采用本发明的制备工艺制备的太阳能电池，具有良好的钝化和减反射效果，提高了太阳电池的一致性，使太阳电池分组变窄，减少了太阳电池组件的功率损失，不但提高太阳光的吸收率，而且还可以提高太阳电池的钝化效果，提高开路电压，最终提高了太阳电池的效率，提高产品良率和高效片比例。实验表明：可以提高太阳电池短路电流14-20mA，开路电压高1.1-5mV，效率提升0.1-0.2%，并且太阳电池分档更加集中。
附图说明
图1所示为本发明实施例中样品3的开路电压图表；
图2所示为本发明实施例中样品2的开路电压图表；
图3所示为传统的单层薄膜工艺样品的开路电压图表；
图4所示为样品3的短路电流图表；
图5所示为样品2的短路电流图表；
图6所示为统的单层薄膜工艺样品的短路电流图表；
图7所示为样品3的效率图表；
图8所示为样品2的效率图表；
图9所示为传统的单层薄膜工艺样品的效率图表。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1
第一层减反射膜制备：清洗后的P型硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度450℃条件下，经过检漏后通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间120s，形成膜厚20nm，折射率1.97的 SiNx：H减反射膜。
关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入。
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入3.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.8slm SiH4，SiH4气体通入时间1000s，形成膜厚60nm，折射率2.0的 SiNx：H减反射膜。
关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
经过丝网印刷和烧结后得到样品1。
实施例2
第一层减反射膜制备：清洗后的P型硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度450℃条件下，经过检漏后通入3.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.8slm SiH4，SiH4气体通入时间125s，形成膜厚10nm，折射率2.3的 SiNx：H减反射膜。
关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入。
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间1030s，形成膜厚80nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜。
关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。经过丝网印刷和烧结后得到样品2。
实施例3
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度440℃条件下，经过检漏后通入3.2slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.9slm SiH4，SiH4气体通入时间100s，形成膜厚9nm，折射率2.35的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间200s，形成膜厚20nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第三层减反射膜制备：（1）在温度460℃条件下，通入6slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.2slm SiH4，SiH4气体通入时间1000s，形成膜厚75nm，折射率1.7的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。经过丝网印刷和烧结后得到样品3。
实施例4
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度500℃条件下，经过检漏后通入6slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入3slm SiH4，SiH4气体通入时间500s，形成膜厚50nm，折射率2.15的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度400℃条件下，通入8slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入2.5slm SiH4，SiH4气体通入时间1000s，形成膜厚100nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第三层减反射膜制备：（1）在温度400℃条件下，通入12slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入2slm SiH4，SiH4气体通入时间2000s，形成膜厚150nm，折射率1.8的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。经过丝网印刷和烧结后得到样品4。
实施例5
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度400℃条件下，经过检漏后通入2slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.5slm SiH4，SiH4气体通入时间60s，形成膜厚5nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度500℃条件下，通入4slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入1slm SiH4，SiH4气体通入时间400s，形成膜厚25nm，折射率2.0的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第三层减反射膜制备：（1）在温度500℃条件下，通入3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.9slm SiH4，SiH4气体通入时间1000s，形成膜厚70nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。经过丝网印刷和烧结后得到样品5。
实施例6
下面是本发明制备工艺和传统单层减反射膜制备工艺制备的太阳电池（参照样品）的效果比较。如表1所示，表1是以上不同工艺条件制备的样品测试结果，其中样品1是应实施例1中的样品，样品2是应实施例2中的样品，样品3是应实施例3中的样品，样品4是应实施例4中的样品，样品5是应实施例5中的样品，传统单层减反射膜制备工艺制备的太阳电池为参照样品，从表格中可以看出，本发明实施例的样品相对于参照样品都有比较高的效率提升，样品2和3的效率提升最明显。
表1
说明书附图图1-图3是样品3、样品2、传统单层SiNx：H薄膜（参照样品）太阳电池的开路电压图表，从图中可以看出样品3的平均开路电压比样品2的平均开路电压高1.18mV，样品2的平均开路电压比参照样品的平均开路电压高0.6mV。这主要归结于样品3的钝化效果得到了优化，减小了电池的饱和电流，使得其开路电压得到了提高。
图4-图6是不同沉积条件试验品的短路电流（Isc）测试结果。从图中可以看出样品3的平均短路电流Isc（～5.924A）较样品2（～5.911A）和参照样品（～5.900A）的Isc都高。一方面底层的高折射率可以增加表面的钝化效果，减少表面缺陷态，降低了正表面的载流子复合的几率，从而降低表面饱和电流，增强电池的光波响应并且增加开路电压；另一方面，外层折射率与底层高折射率的光学匹配可以降低正表面的反射率，由于光波响应的增强，双层膜增透部分的太阳光在电池正表面得以响应从而转化为短路电流的提高。
由此可以看出靠近基底的减反射膜的折射率增大不但带来光吸收的增强，而且表面和体钝化作用也得到了增强。
从图1-3和图4-6的结果还可以看出，不但样品3的Isc和Uoc均有所增加，而且相对集中，最终引起电池效率分布也更加集中，如图7-9所示。相对于传统的减反射膜的制备方法，合理的多层减反射膜可以提高效率0.15%以上，并且太阳电池效率分布更加集中，不但可以减少太阳电池分档的Bin数，减少太阳电池组件的功率损失，而且可以降低低效太阳电池片，提高产品良率和高效片比例。效率的集中主要是因为样品钝化作用的增强，修补了晶硅来料的缺陷，降低了硅片来料对电池性能的影响，此时在产线工艺的稳定优化的情况下电池效率的分布就会变窄。
Claims (8)
1.一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，在硅片的受光面设置两层以上减反射膜。
2. 根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，在硅片的受光面设置三层减反射膜。
3. 根据权利要求2所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，所述减反射膜为SiNx：H减反射膜。
4. 根据权利要求2所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度400-500℃条件下，经过检漏后通入2-8slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.5-4slm SiH4，SiH4气体通入时间60-500s，形成膜厚5-50nm，折射率1.9-2.4的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入。
5. 根据权利要求4所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，第二层减反射膜制备：（1）在温度400-500℃条件下，通入4-10slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.1-3slm SiH4，SiH4气体通入时间400-2000s，形成膜厚40-150nm，折射率1.8-2.0的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入。
6. 根据权利要求5所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，第三层减反射膜制备：（1）在温度400-500℃条件下，通入5-12slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.05-2slm SiH4，SiH4气体通入时间0-2000s，形成膜厚0-150nm，折射率1.7-1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
7. 根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度440℃条件下，经过检漏后通入3.2slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.9slm SiH4，SiH4气体通入时间100s，形成膜厚9nm，折射率2.35的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间200s，形成膜厚20nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第三层减反射膜制备：（1）在温度460℃条件下，通入6slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.2slm SiH4，SiH4气体通入时间1000s，形成膜厚75nm，折射率1.7的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
8. 根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池多层减反射膜制备工艺，其特征在于，具体步骤为：
第一层减反射膜制备：清洗后的硅片放入管式镀膜设备中，（1）在温度450℃条件下，经过检漏后通入3.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.8slm SiH4，SiH4气体通入时间125s，形成膜厚10nm，折射率2.3的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入；
第二层减反射膜制备：（1）在温度450℃条件下，通入5.3slm NH3，然后打开等离子源进行NH3电离，为下一步反应做准备；（2）通入0.25slm SiH4，SiH4气体通入时间1030s，形成膜厚80nm，折射率1.9的 SiNx：H减反射膜；（3）关闭等离子源以及SiH4和NH3的通入，降温后，取出镀膜后的硅片，该减反射膜的制备工艺完成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131127 |