CN109713049A - 太阳能电池减反射膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池减反射膜及其制备方法，所涉及的太阳能电池减反射膜包括依次层叠设置于电池片表面的第一减反射膜层及第二减反射膜层；其中，第一减反射膜层靠近电池片设置且内部扩散有氢离子，如此相对传统的氮化硅减反射膜能够提供更多的氢离子，可以对硅电池片表面悬挂键及内部缺陷进行充分钝化；第二减反射膜层折射率设置成小于第一减反射膜层折射率，使得太阳能电池减反射膜能够更可靠的实现减反射作用。

Description

太阳能电池减反射膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种太阳能电池减反射膜及其制备方法。

背景技术

为了提高太阳能电池光电转换效率，可以考虑从增加电池对太阳光的吸收以产生更多的光生载流子入手，减反射薄膜由于能够降低太阳能电池表面对光的反射损失，一直以来都是太阳能电池研究领域的热点。

减反射膜的作用就是利用光在减反射膜上下表面反射产生的光程差，使得两束反射光干涉相消，从而削弱反射增加入射，使得入射光符合一定的光程条件达到减反射效果。目前，商业化晶硅太阳能电池普遍采用管式PECVD沉积氮化硅薄膜作为减反射膜，其在制作过程中所采用的原料为SiH4和NH3。基于选料与制作工艺的选择，所制得的氮化硅减反射膜中会存在一定氢离子，这些氢离子能够钝化硅片表面悬挂键及内部缺陷，减少复合中心，降低载流子复合速度，这使得材料的少子寿命提高。即现有技术中所涉及的氮化硅减反射膜除了减反射功能外，还能起到一定的钝化作用。然现有技术中所制得的氮化硅减反射膜无法提供足够的氢离子以对硅片表面悬挂键及内部缺陷进行充分钝化。

有鉴于此，业界需要制备具有更低反射率和更优钝化效果的减反射膜以期进一步提高太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种太阳能电池减反射膜，其具体设计方式如下。

一种太阳能电池减反射膜，包括依次层叠设置于电池片表面的第一减反射膜层及第二减反射膜层，所述第一减反射膜层包括至少一层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，所述第二减反射膜层包括至少一层氮化硅层，且所述掺氢氮化硅层的折射率大于所述氮化硅层的折射率。

进一步，所述太阳能电池减反射膜的厚度范围为80-150nm，所述第一减反射膜层的厚度范围为20-30nm。

进一步，所述第一减反射膜层包括至少两层掺氢氮化硅层，且远离所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层折射率大于靠近所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层折射率。

进一步，所述第二减反射膜层包括至少两层氮化硅层，且远离所述第一减反射膜层的氮化硅层折射率小于靠近所述第一减反射膜层的氮化硅层折射率。

本发明还提供了一种太阳能电池减反射膜的制备方法，其包括：第一减反射膜层制作步骤，将电池片置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应腔中，于所述电池片一表面沉积至少一层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层；第二减反射膜层制作步骤，于所述第一减反射膜层的表面继续沉积至少一层氮化硅层，其中，所述掺氢氮化硅层的折射率大于所述氮化硅层的折射率。

进一步，于第一减反射膜层制作步骤中，每一所述掺氢氮化硅层形成步骤包括：硅烷、氨气同步通入所述反应腔内以生成氮化硅基底的基底生成步骤；朝所述氮化硅基底继续通入电离氨气使氢离子扩散至所述氮化硅基底内以形成掺氢氮化硅层的氢离子扩散步骤。

进一步，所述第一减反射膜层包括至少两层所述掺氢氮化硅层，于所述第一减反射膜层制作步骤中，远离所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层生成氮化硅基底时氨气、硅烷通入流量比值小于靠近所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层生成氮化硅基底时氨气、硅烷的通入流量比值。

进一步，于所述第二减反射膜层制作步骤中，硅烷、氨气同步通入所述反应腔内以沉积形成氮化硅层；且形成所述氮化硅层时的氨气、硅烷通入流量比值大于所述掺氢氮化硅层中生成氮化硅基底时的氨气、硅烷通入流量比值。

进一步，所述第二减反射膜层包括至少两层氮化硅层，于所述第二减反射膜层制作步骤中，远离所述第一减反射膜层的氮化硅层形成时的氨气、硅烷的通入流量比值大于靠近所述第一减反射膜层的氮化硅层形成时的氨气、硅烷的通入流量比值。

进一步，所述第一减反射膜层包括三层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，所述第二减反射膜层包括至少三层依次沉积于所述第一减反射膜层表面的氮化硅层；于所述第一减反射膜层制作步骤中，沉积生成第一层、第二层、第三层掺氢氮化硅层的氮化硅基底时，氨气与硅烷的通入流量比值范围分别为2.5-3.5、3.5-4.5、5-7；于第二减反射膜层制作步骤中，沉积形成最靠近所述第一减反射膜层的第一层、第二层、第三层氮化硅层时，氨气与硅烷的通入流量比值范围分别为7-9、9-11、11-13。

本发明的有益效果是：本发明所涉及太阳能电池减反射膜中的第一减反射膜层靠近电池片设置且内部扩散有氢离子，相对传统的氮化硅减反射膜能够提供更多的氢离子，如此可以对硅片表面悬挂键及内部缺陷进行充分钝化；此外，基于第一减反射膜层中掺氢氮化硅层与第二减反射膜层中氮化硅层的折射率关系，在太阳光照射在电池片表面时，减反射膜能够可靠的实现减反射作用；即本发明所提供的太阳能电池减反射膜兼具优异的钝化及减反射作用，有助于提高太阳能电池的光电转化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为表面设置有本发明所涉及减反射膜的太阳能电池一种结构示意图；

图2为本发明所涉及太阳能电池减反射膜的一种实施结构示意图；

图3为本发明所涉及太阳能电池减反射膜的另一种实施结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1、图2、图3所示，本发明中所涉及的太阳能电池减反射膜100包括依次层叠设置于电池片200表面的第一减反射膜层11及第二减反射膜层12。

于具体实施过程中，太阳能电池减反射膜100可以设置于电池片200的正面，也可以设置于电池片200的背面。如图1中所示双面电池实施结构中，电池片200的背面减反射膜101与正面减反射膜102均采用本发明中所涉及的太阳能电池减反射膜100。通常，构成太阳能电池的电池片200为硅片；在本发明的其它实施结构中，太阳能电池减反射膜100也可以仅设置于电池片200的正面或背面，太阳能电池也不局限于本实施例中的双面电池，具体在此不作一一展示。

此外可以理解的是，参考图1中所示，当太阳能电池减反射膜100设置于电池片200的背面时，电池片200还具有一层覆盖于硅片背面与太阳能电池减反射膜100接触的钝化层201，具体于本实施例中，钝化层201可以是氧化铝薄膜，由于氧化铝具有固定的负电荷，在硅片的背表面上的氧化铝薄膜能有效的降低背表面的复合，具有较好的敦化效果。

本发明中的第一减反射膜层11包括至少一层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，第二减反射膜层12包括至少一层氮化硅层，且掺氢氮化硅层的折射率大于氮化硅层的折射率。

参考图2中所示，于本具体实施例中，第一减反射膜层11包括两层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，即第一掺氢氮化硅层111与第二掺氢氮化硅层112；第二减反射膜层12包括两层氮化硅层，即第一氮化硅层121与第二氮化硅层122。其中，第一掺氢氮化硅层111与第二掺氢氮化硅层112的折射率均大于第一氮化硅层121与第二氮化硅层122的折射率。

参考图3所示，作为本发明的一种较优实施方式，第一减反射膜层11包括有三层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，即第一掺氢氮化硅层111、第二掺氢氮化硅层112与第三掺氢氮化硅层113；第二减反射膜层12具有至少三层氮化硅层。本具体实施例中，第二减反射膜层12包括七层氮化硅层，即第一氮化硅层121、第二氮化硅层122、第三氮化硅层123、第四氮化硅层124、第五氮化硅层125、第六氮化硅层126及第七氮化硅层127。其中，第一掺氢氮化硅层111、第二掺氢氮化硅层112与第三掺氢氮化硅层113的折射率均大于第一氮化硅层121、第二氮化硅层122、第三氮化硅层123、第四氮化硅层124、第五氮化硅层125、第六氮化硅层126及第七氮化硅层127的折射率。

可以理解的是，在本发明的其它实施例中，第一减反射膜层11与第二减反射膜层12的具体层数也可以根据需求进行调整，而不局限于图中所示式结构。

本发明所涉及太阳能电池减反射膜100中的第一减反射膜层11靠近电池片200设置且内部扩散有氢离子，其相对传统的氮化硅减反射膜能够提供更多的氢离子，如此可以对硅片表面悬挂键及内部缺陷进行充分钝化；当第一减反射膜层11与电池片200之间还设置有其它钝化层(如图1中所示的钝化层201)时，第一减反射膜层11将配合该钝化层共同实现硅片的电池片的钝化，钝化效果更优。

此外，较为容易知晓，第一减反射膜层11中掺氢氮化硅层的折射率、第二减反射膜层12中氮化硅层的折射率及空气的折射率三者之间呈依次减小的趋势，如此有利于太阳光的减反射效果。具体而言，光的反射是发生在两种不同折射率的介质界面，两介质折射率差异越大，反射就越大；两介质折射率差异越小，反射就越小。基于本发明中第一减反射膜层11中掺氢氮化硅层与第二减反射膜层12中氮化硅层的以上折射率关系，太阳光照射于本发明的太阳能电池减反射膜100上时，折射率的台阶式减小的变化方式能够有效降低太阳光的反射。

基于本发明所提供太阳能电池减反射膜100的钝化功能及减反射功能，其设置于电池片表面能有助于提高太阳能电池的光电转化效率。

在具体实施过程中，本发明中所涉及的太阳能电池减反射膜的厚度范围为80-150nm，其中，第一减反射膜层的厚度范围为20-30nm。各层掺氢氮化硅层与氮化硅层的厚度可根据需求进行调整，参考图3中所示实施结构中，各层掺氢氮化硅层与氮化硅层的厚度均控制在9-12nm范围内。

作为本发明的优选实施方式，当本发明中第一减反射膜层11包含两层或两层以上掺氢氮化硅层时，远离第二减反射膜层12的掺氢氮化硅层折射率大于靠近第二减反射膜层12的掺氢氮化硅层折射率。

如图2中所示，于第一减反射膜层11中，远离第二减反射膜层12的掺氢氮化硅层为第一掺氢氮化硅层111，靠近第二减反射膜层12的掺氢氮化硅层为第二掺氢氮化硅层112，其中，第一掺氢氮化硅层111的折射率n1大于第二掺氢氮化硅层112的折射率n2。同理，如图3中所示实施结构，第一掺氢氮化硅层111的折射率n1、第二掺氢氮化硅层112的折射率n2、第三掺氢氮化硅层113的折射率n3呈依次减小趋势。基于此，第一减反射膜层11具有较好的减反射效果，具体原因与太阳能电池减反射膜100中氮化硅层折射率与掺氢氮化硅层折射率设置关系的原因一致，在此不做累述。

作为本发明的优选实施方式，当本发明中第二减反射膜层12包含两层或两层以上氮化硅层时，远离第一减反射膜层11的氮化硅层折射率小于靠近第一减反射膜层11的氮化硅层折射率。

如图2中所示，于第二减反射膜层12中，远离第一减反射膜层11的氮化硅层为第二氮化硅层122，靠近第一减反射膜层11的氮化硅层为第二氮化硅层112，其中，第二氮化硅层122的折射率n2＇小于第一氮化硅层121的折射率n1＇。同理，如图3中所示实施结构，第一氮化硅层121的折射率n1＇、第二氮化硅层122的折射率n2＇、第三氮化硅层123的折射率n3＇、第四氮化硅层124的折射率n4＇、第五氮化硅层125的折射率n5＇、第六氮化硅层126的折射率n6＇及第七氮化硅层127的折射率n7＇呈依次减小趋势。基于此，第二减反射膜层12也具有较好的减反射效果，具体原因在此不做累述。

对于本发明所涉及的太阳能电池减反射膜100整体而言，参考图2、图3所示，于第一减反射膜层11指向第二件反射膜层12的方向上，各层掺氢氮化硅层、氮化硅层的折射率于整体上呈依次台阶式减小的趋势，如此有利于减少入射太阳光的反射。

可以理解的是，当本发明中所涉及的太阳能电池为双面电池时，设置于电池片200背面的太阳能电池减反射膜100不但可以增强电池片200背面减反射，还可以增强对电池片200正面入射光线的全反射，如此可进一步提高太阳能电池的光电转化效率。

基于以上太阳能电池减反射膜100的结构，本发明还提供了一种太阳能电池减反射膜的制备方法，具体而言，该制备方法包括：第一减反射膜层11制作步骤及第二减反射膜层12制作步骤。

其中，第一减反射膜层11制作步骤为：将电池片200置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应腔中，于电池片200一表面沉积至少一层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层。即第一减反射膜层11包括至少一层掺氢氮化硅层，其具体层数根据具体需求确定。

第二减反射膜层12制作步骤为：于所制得的第一减反射膜层11表面继续沉积至少一层氮化硅层，其中，掺氢氮化硅层的折射率大于氮化硅层的折射率。即第二减反射膜层12包括至少一层掺氢氮化硅层，其具体层数也根据需求确定。

具体地，于第一减反射膜层11制作步骤中，每一掺氢氮化硅层形成步骤包括基底生成步骤以及氢离子扩散步骤。其中，基底生成步骤为将硅烷、氨气同步通入反应腔内以在电池片200表面生成氮化硅基底；氢离子扩散步骤为朝氮化硅基底继续通入电离氨气使氢离子扩散至氮化硅基底内以形成掺氢氮化硅层。

若第一减反射膜层11包括两层或多层掺氢氮化硅层，则可以理解为基底生成步骤与氢离子扩散步骤交替进行以实现第一减反射膜层11的制作。

本发明中第一减反射膜层11通常至少包括两层掺氢氮化硅层，如此可将氨气电离后生成的氢离子分次扩散至第一减反射膜层11内，进而在能够提高太阳能电池钝化效果的同时将电离氨气对电池的损伤程度降到最低。

本发明中第一减反射膜层11中掺氢氮化硅层的折射率通过控制生成氮化硅基底时的氨气、硅烷通入流量比值来实现。具体而言，当第一减反射膜层11包括两层或两层以上掺氢氮化硅层时，于第一减反射膜层11制作步骤中，远离第二减反射膜层12的掺氢氮化硅层生成氮化硅基底时氨气、硅烷通入流量比值小于靠近第二减反射膜层12的掺氢氮化硅层生成氮化硅基底时氨气、硅烷的通入流量比值。

如图2中所示，第一掺氢氮化硅层111生成氮化硅基底时氨气、硅烷通入流量比值小于第二掺氢氮化硅层112生成氮化硅基底时氨气、硅烷的通入流量比值。如图3中所示，第一掺氢氮化硅层111生成氮化硅基底时氨气、硅烷通入流量比值小于第二掺氢氮化硅层112生成氮化硅基底时氨气、硅烷的通入流量比值；第二掺氢氮化硅层112生成氮化硅基底时氨气、硅烷通入流量比值小于第三掺氢氮化硅层113生成氮化硅基底时氨气、硅烷的通入流量比值。

本发明中第二减反射膜层12中的每层氮化硅层也是通过硅烷、氨气同步通入反应腔内沉积形成。第一减反射膜层11中掺氢氮化硅层与第二减反射膜层12中氮化硅层的折射率关系也是通过控制氨气、硅烷通入流量比值来实现。

具体而言，于第二减反射膜层11的氮化硅层沉积形成时，氨气、硅烷通入流量比值大于掺氢氮化硅层中生成氮化硅基底时的氨气、硅烷通入流量比值。参考图2中所示，第一氮化硅层121、第二氮化硅层122沉积形成时的氨气、硅烷通入流量比值均大于第一掺氢氮化硅层111、第二掺氢氮化硅层112生成氮化硅基底时的氨气、硅烷通入流量比值。

本发明中第二减反射膜层12通常至少包括两层氮化硅层，如此相对单层氮化硅层具有更好的减反射效果。本发明中第二减反射膜层11中各层氮化硅层的折射率也是通过控制生成氮化硅基底时的氨气、硅烷通入流量比值来实现。

具体而言，当第二减反射膜层12包括两层或两层以上氮化硅层时，于第二减反射膜层12制作步骤中，远离第一减反射膜层11的氮化硅层形成时的氨气、硅烷的通入流量比值大于靠近第一减反射膜层11的氮化硅层形成时的氨气、硅烷的通入流量比值。如图2中所示，第二氮化硅层122形成时的氨气、硅烷的通入流量比值大于第一氮化硅层121形成时的氨气、硅烷的通入流量比值。

作为本发明的一种优选实施方式，第一减反射膜层11包括三层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，第二减反射膜层12包括至少三层依次沉积于第一减反射膜层11表面的氮化硅层。于第一减反射膜层11制作步骤中，沉积生成第一层、第二层、第三层掺氢氮化硅的氮化硅基底时，氨气与硅烷的通入流量比值范围分别为2.5-3.5、3.5-4.5、5-7；于第二减反射膜层12制作步骤中，沉积形成最靠近第一减反射膜层11的第一层、第二层、第三层氮化硅层时，氨气与硅烷的通入流量比值范围分别为7-9、9-11、11-13。

为了更好的理解本发明，以下对图3所示实施结构的太阳能电池减反射膜100的具体成型过程进行描述。

在本发明所涉及的太阳能电池减反射膜100成型过程中，等离子体增强化学气相沉积设备射频功率范围为6000-10000w，反应腔温度范围为450-550℃，反应腔内部压强范围为1500-1800mTorr。

具体在成型图3所示实施结构的太阳能电池减反射膜100时，成型掺氢氮化硅层的氮化硅基底与氮化硅层时的射频功率为9000w，电离氨气进行氢离子扩散时的射频功率为7000w，反应腔温度控制为480℃，反应腔内部压强控制为1650mTorr。氨气、硅烷的通入流量及各步骤的反应时间可参考下表所示。

太阳能电池减反射膜成型参数表

经该工艺参数制得的太阳能电池减反射膜100各层掺氢氮化硅层及氮化硅层的折射率及厚度如上表所示，于第一减反射膜层11指向第二件反射膜层12的方向上，各层结构的折射率呈台阶式减小的趋势，且最外侧一层氮化硅层与空气的折射率最接近，如此有利于提高太阳能电池减反射膜100的减反射效果。

可以理解的是，在本发明的其它实施例中，掺氢氮化硅层与氮化硅层的层数可以进行适当调整，而不局限于图3所示实施结构；在其它实施例的具体实施过程中，射频功率、反应腔内压强、温度、反应时间、氨气硅烷流量比等参数均可以做适当调整，而不局限于本实施例中所示展示的参数值。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池减反射膜，其特征在于，包括依次层叠设置于电池片表面的第一减反射膜层及第二减反射膜层，所述第一减反射膜层包括至少一层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，所述第二减反射膜层包括至少一层氮化硅层，且所述掺氢氮化硅层的折射率大于所述氮化硅层的折射率。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述太阳能电池减反射膜的厚度范围为80-150nm，所述第一减反射膜层的厚度范围为20-30nm。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述第一减反射膜层包括至少两层掺氢氮化硅层，且远离所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层折射率大于靠近所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层折射率。

4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述第二减反射膜层包括至少两层氮化硅层，且远离所述第一减反射膜层的氮化硅层折射率小于靠近所述第一减反射膜层的氮化硅层折射率。

5.一种太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，包括：

第一减反射膜层制作步骤，将电池片置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应腔中，于所述电池片一表面沉积至少一层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层；

第二减反射膜层制作步骤，于所述第一减反射膜层的表面继续沉积至少一层氮化硅层，其中，所述掺氢氮化硅层的折射率大于所述氮化硅层的折射率。

6.根据权利要求5所述太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，于第一减反射膜层制作步骤中，每一所述掺氢氮化硅层形成步骤包括：硅烷、氨气同步通入所述反应腔内以生成氮化硅基底的基底生成步骤；朝所述氮化硅基底继续通入电离氨气使氢离子扩散至所述氮化硅基底内以形成掺氢氮化硅层的氢离子扩散步骤。

7.根据权利要求6所述太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，所述第一减反射膜层包括至少两层所述掺氢氮化硅层，于所述第一减反射膜层制作步骤中，远离所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层生成氮化硅基底时氨气、硅烷通入流量比值小于靠近所述第二减反射膜层的掺氢氮化硅层生成氮化硅基底时氨气、硅烷的通入流量比值。

8.根据权利要求6、7任意一项所述太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，于所述第二减反射膜层制作步骤中，硅烷、氨气同步通入所述反应腔内以沉积形成氮化硅层；且形成所述氮化硅层时的氨气、硅烷通入流量比值大于所述掺氢氮化硅层中生成氮化硅基底时的氨气、硅烷通入流量比值。

9.根据权利要求8所述太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，所述第二减反射膜层包括至少两层氮化硅层，于所述第二减反射膜层制作步骤中，远离所述第一减反射膜层的氮化硅层形成时的氨气、硅烷的通入流量比值大于靠近所述第一减反射膜层的氮化硅层形成时的氨气、硅烷的通入流量比值。

10.根据权利要求7所述太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，所述第一减反射膜层包括三层扩散有氢离子的掺氢氮化硅层，所述第二减反射膜层包括至少三层依次沉积于所述第一减反射膜层表面的氮化硅层；于所述第一减反射膜层制作步骤中，沉积生成第一层、第二层、第三层掺氢氮化硅层的氮化硅基底时，氨气与硅烷的通入流量比值范围分别为2.5-3.5、3.5-4.5、5-7；于第二减反射膜层制作步骤中，沉积形成最靠近所述第一减反射膜层的第一层、第二层、第三层氮化硅层时，氨气与硅烷的通入流量比值范围分别为7-9、9-11、11-13。