专利名称：一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池的生产加工技术领域，更具体地说，是一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜及其制备方法。
背景技术：
近十年来太阳能光伏发电成为新能源中发展最为迅速的分支之一。太阳能光伏发电中晶体硅太阳能电池是应用最广泛的电池类型。约占80%的市场份额。2011年全球光伏新增装机容量超过27GW。为了晶体硅电池得到更高的光电转换效率，可以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。工业上一般采用在制绒以后的硅片表面镀上减反射膜，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，从而增加电池的短路电流提高光电转换效率。通过调节减反射膜·的种类、厚度和折射率，使得入射光符合一定的光程条件达到减反射的效果。在晶体硅太阳能电池的生产工艺中，常用的减反射层材料由Si02、SiNx, ITO等。晶体硅电池行业目前普遍采用PEVCD制备SiNx和SiO2作为减反射膜。通过选用不同的减反射材料和不同的沉积层数相互配合，达到最佳的减反射效果，并最终提高电池片的光电转换效率。为了更好的提高减反射膜与可见光波段内太阳光的光学匹配度，同时考虑平衡钝化和短波吸收之间的矛盾，双层膜或者多层膜结构今年来逐渐成为研究热点，并开始规模化应用于晶体硅太阳能电池的生产中。但是应用在晶体硅太阳能电池中的多层氮化硅减反射膜还不成熟。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能使用于晶体硅太阳能电池片的多层氮化硅减反射膜制备的方法，解决目前晶体硅电池片仍然采用常规镀单层氮化硅膜工艺，但不能进一步提高光电转换效率的问题。本发明的目的可以通过以下技术方案实现一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，其特征在于，它是由三层膜构成，第一层为太阳能电池晶体硅表面的氮化硅薄膜，厚度为8 12nm，折射率为2. 3^2. 4，第二层氮化硅薄膜的厚度为18 24nm，折射率为2. (Γ2. 1，第三层氮化硅薄膜的厚度为35 45nm，折射率为I. 9 2. O。所述的三层氮化硅减反射膜的厚度之和为72 77nm。一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的制备方法，是对经过清洗制绒，扩散制备PN结，刻蚀去除晶体硅四周的PN结，清洗去除磷硅玻璃的处理步骤后的晶体硅镀减反射膜，其特征在于，是利用等离子体增强化学气相沉积方法在硅片表面依次沉积三层氮化硅薄膜，它包括下面的步骤(I)对炉管抽真空，保持炉内温度420°C，压力50mTorr，时间为4min ；(2)对炉管进行预处理，温度升至460°C，氮气流量为IOslm进行吹扫，后抽真空至压力为IOOmTorr并保持2min ；(3)压力测试,保证设备内部压力50mTorr恒定,保持O. 5min ；(4)沉积第一层膜，温度为460 °C，氨气流量为3. 8^4slm,硅烷流量为95(Tll00sccm，射频功率5300 5600瓦，持续时间130 140s，射频器占空比设置为5ms开/50ms 关；(5)氮气5slm吹扫30s，抽真空至80mtor，沉积第二层膜，温度为450°C，氨气流量为6. 8^7. 2slm,硅烷流量为70(T750sccm，射频功率5300 5600瓦，持续时间20(T215s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关；(6)氮气5slm吹扫30s，抽真空至80mtor，沉积第三层膜，温度为450°C，氨气流量为Tl. 2slm，硅烷流量为48(T520sccm，射频功率5500瓦，持续时间340 350s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关； (7)氮气吹扫冷却，温度为420°C，氮气流量为6 lOslm，压力为IOOOOmTorr,吹扫时间5 8min。本发明的有益效果本发明利用硅烷和氨气为原料，利用等离子体增强化学气相沉积方法，采用新的工艺参数，在硅片衬底上镀制多层折射率与膜厚不同的氮化硅薄膜体系，具有对设备要求不高，容易实现的优点。本镀膜工艺增强了镀膜的钝化效果，降低了减反射膜对光的反射率，从而提高太阳能电池的光电转换效率。采用本发明工艺制备出来的多层膜减反射膜体系，电池的光电转换效率比单层膜减反射体系增加了 0. 2^0. 3%。特别对多晶硅电池，光电转换效率可以达到17. 5%。
图I为本发明的结构示意图。图中I、硅片，2、氮化硅薄膜，3、氮化硅薄膜，4、氮化硅薄膜。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。实施例I一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，如图I所示，在硅片I表面依次沉积有氮化硅薄膜2、氮化硅薄膜3和氮化硅薄膜4。一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的制备方法，是对经过清洗制绒，扩散制备PN结，刻蚀去除晶体硅四周的PN结，清洗去除磷硅玻璃的处理步骤后的晶体硅镀减反射膜，其特征在于，是利用等离子体增强化学气相沉积方法在硅片表面依次沉积三层氮化硅薄膜，它包括下面的步骤(I)对炉管抽真空，保持炉内温度420°C，压力50mTorr，时间为4min ；⑵对炉管进行预处理，温度升至460°C，氮气流量为IOslm进行吹扫，后抽真空至压力为IOOmTorr并保持2min ； (3)压力测试,保证设备内部压力50mTorr恒定,保持0. 5min ； (4)沉积第一层氮化硅薄膜，温度为460°C，氨气流量为3. 8slm，硅烷流量为950sCCm，射频功率5300瓦，持续时间130s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为10nm、折射率为2. 3的氮化娃薄膜。(5)氮气5slm吹扫30s,抽真空至80mtor,沉积第二层氮化娃薄膜,温度为450°C,氨气流量为6. 8slm，硅烷流量为700SCCm，射频功率5300瓦，持续时间200s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关,得到厚度为18nm、折射率为2. O的氮化娃薄膜。(6)氮气5slm吹扫30s，抽真空至80mtor，沉积第三层氮化硅薄膜，温度为450°C，氨气流量为7slm，硅烷流量为480sccm，射频功率5500瓦，持续时间350s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为45nm、折射率为I. 9的氮化硅薄膜；(7)氮气吹扫冷却，温度为420°C，氮气流量为6slm,压力为IOOOOmTorr,吹扫时间5min。实施例2一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，如图I所示，在硅片I表面依次沉积有氮化硅薄膜2、氮化硅薄膜3和氮化硅薄膜4。一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的制备方法，是对经过清洗制绒，扩散制备PN结，刻蚀去除晶体硅四周的PN结，清洗去除磷硅玻璃的处理步骤后的晶体硅镀减反射膜，其特征在于，是利用等离子体增强化学气相沉积方法在硅片表面依次沉积三层氮化硅薄膜，它包括下面的步骤 (I)对炉管抽真空，保持炉内温度420°C，压力50mTorr，时间为4min ；(2)对炉管进行预处理，温度升至460°C，氮气流量为IOslm进行吹扫，后抽真空至压力为IOOmTorr并保持2min ； (3)压力测试，保证设备内部压力50mTorr恒定，保持O. 5min ； (4)沉积第一层氮化硅薄膜，温度为460°C，氨气流量为3. 9slm,硅烷流量为lOOOsccm，射频功率5500瓦，持续时间135s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为8nm、折射率为2. 3的氮化娃薄膜；(5)氮气5slm吹扫30s,抽真空至80mtor,沉积第二层氮化硅薄膜，温度为450°C，氨气流量为7. Oslm，硅烷流量为730sCCm，射频功率5400瓦，持续时间208s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为22nm、折射率为2. I的氮化娃薄膜；(6)氮气5slm吹扫30s,抽真空至80mtor,沉积第三层氮化娃薄膜,温度为450°C，氨气流量为7. lslm，硅烷流量为495sCCm，射频功率5500瓦，持续时间345s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为42nm、折射率为2. O的氮化硅薄膜；(7)氮气吹扫冷却，温度为420°C，氮气流量为8slm，压力为IOOOOmTorr,吹扫时间6min。实施例3一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，如图I所示，在硅片I表面依次沉积有氮化硅薄膜2、氮化硅薄膜3和氮化硅薄膜4。一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的制备方法，是对经过清洗制绒，扩散制备PN结，刻蚀去除晶体硅四周的PN结，清洗去除磷硅玻璃的处理步骤后的晶体硅镀减反射膜，其特征在于，是利用等离子体增强化学气相沉积方法在硅片表面依次沉积三层氮化硅薄膜，它包括下面的步骤(I)对炉管抽真空，保持炉内温度420°C，压力50mTorr，时间为4min ；⑵对炉管进行预处理，温度升至460°C，氮气流量为IOslm进行吹扫，后抽真空至压力为IOOmTorr并保持2min ； (3)压力测试,保证设备内部压力50mTorr恒定,保持0. 5min ； (4)沉积第一层氮化硅薄膜，温度为460°C，氨气流量为4slm，硅烷流量为llOOsccm，射频功率5600瓦，持续时间140s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为12nm、折射率为2. 4的氮化娃薄膜；(5)氮气5slm吹扫30s,抽真空至80mtor,沉积第二层氮化娃薄膜,温度为450°C,氨气流量为7. 2slm，硅烷流量为750SCCm，射频功率5600瓦，持续时间215s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得到厚度为24nm、折射率为2. I的氮化硅薄膜；(6)氮气5slm吹扫30s，抽真空至80mtor，沉积第三层氮化硅薄膜，温度为450°C，氨气流量为7. 2slm，硅烷流量为520sccm，射频功率5500瓦，持续时间340s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关，得 到厚度为40nm、折射率为I. 9的氮化硅薄膜；(7)氮气吹扫冷却，温度为420°C，氮气流量为lOslm，压力为 IOOOOmTorr,吹扫时间 8min。
权利要求
1.一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，其特征在于，它是由三层膜构成，第一层为太阳能电池晶体硅表面的氮化硅薄膜，厚度为8 12nm，折射率为2. 3^2. 4，第二层氮化硅薄膜的厚度为18 24nm，折射率为2. (Γ2. I，第三层氮化硅薄膜的厚度为35 45nm，折射率为 I. 9 2. O。
2.根据权利要求I所述的晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，其特征在于，所述的三层氮化硅减反射膜的厚度之和为72 77nm。
3.一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的制备方法，是对经过清洗制绒，扩散制备PN结，刻蚀去除晶体硅四周的PN结，清洗去除磷硅玻璃的处理步骤后的晶体硅镀减反射膜，其特征在于，是利用等离子体增强化学气相沉积方法在硅片表面依次沉积三层氮化硅薄膜，它包括下面的步骤 (1)对炉管抽真空，保持炉内温度420°C，压力50mTorr，时间为4min； (2)对炉管进行预处理，温度升至460°C，氮气流量为IOslm进行吹扫，后抽真空至压力为 IOOmTorr 并保持 2min ； (3)压力测试,保证设备内部压力50mTorr恒定,保持O.5min ； (4)沉积第一层膜，温度为460°C，氨气流量为3.8^4slm,硅烷流量为95(Tll00sCCm，射频功率5300 5600瓦，持续时间13(Tl40s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关； (5)氮气5slm吹扫30s，抽真空至80mtor，沉积第二层膜，温度为450°C，氨气流量为.6.8 7. 2slm,硅烷流量为70(T750sccm，射频功率5300 5600瓦，持续时间20(T215s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关； (6)氮气5slm吹扫30s，抽真空至80mtor，沉积第三层膜，温度为450°C，氨气流量为Tl. 2slm，硅烷流量为48(T520sccm，射频功率5500瓦，持续时间340 350s，射频器占空比设置为5ms开/50ms关； (7)氮气吹扫冷却，温度为420°C，氮气流量为6 lOslm，压力为IOOOOmTorr,吹扫时间5 8min。
全文摘要
本发明公开一种晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜，其特征在于，它是由三层膜构成，第一层为太阳能电池晶体硅表面的氮化硅薄膜，厚度为8～12nm，折射率为2.3～2.4，第二层氮化硅薄膜的厚度为18～24nm，折射率为2.0～2.1，第三层氮化硅薄膜的厚度为35～45nm，折射率为1.9～2.0。本发明还提供一种制备晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的方法，利用硅烷和氨气为原料，利用等离子体增强化学气相沉积方法，采用新的工艺参数，在硅片上镀三层折射率与膜厚不同的氮化硅薄膜体系，具有对设备要求不高，易于实现的优点。本镀膜工艺增强了镀膜的钝化效果，降低了减反射膜对光的反射率，从而提高太阳能电池的转换效率。三层氮化硅减反射膜能比单层减反射膜体系增加光电转换效率0.2～0.3%。
文档编号C23C16/34GK102903764SQ20121036932
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者侯泽荣, 黄仑, 卢春晖, 王金伟, 崔梅兰 申请人:东方电气集团(宜兴)迈吉太阳能科技有限公司