专利名称：晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的生产方法，尤其是实现晶体硅太阳能电池各 种色彩氮化硅膜的生产方法。
背景技术：
目前成熟商业化生产的晶体硅太阳能电池的基本工艺流程为去除硅面表面损 伤，形成减反射表面结构及化学清洗一在P0CL3气氛中进行扩散一去除周边PN节一表面钝 化及淀积减反射层一丝网印刷正、背面电极及背表面场一烧结形成欧姆接触一测试分档。 这种商业化生产晶体硅太阳能电池的工艺，具有工艺简单、设备自动化程度较高、易于规模 化生产的特点，从而能够降低成本，使晶体硅太阳能电池迅速走向工业化生产。晶体硅太阳 能电池占据了光伏市场90%以上的份额，进一步提高效率、降低成本是国内外晶体硅太阳 能电池研究领域的基本目标。近年来，小面积单晶硅和多晶硅电池的实验室效率分别已达 到26%和20%。但这些高效电池的制备工艺过于复杂，无法满足产业化的要求。在产业领 域、常规单晶硅电池的效率为16% 18%，多晶硅电池的效率为15 17%。光照射到平面的硅片上，其中一部分被反射，即使对绒面的硅表面，由于入射光产 生多次反射而增加了吸收，但也有约10%的反射损失。在其上覆盖一层减反射膜层，可大大 降低光的反射。在晶体硅表面钝化淀积减反射膜技术中，氮化硅薄膜具有高绝缘性、化学稳 定好、致密性好、硬度高等特点。在晶体硅太阳能电池制造过程中，制备氮化硅薄膜通常采 用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)法，它的生成化学反应如下3SiH4+4NH3-Si3N4+12H2实验表明，不同工艺参数对氮化硅薄膜的结构、密度、折射率、介电常数、化学稳定 性能等有很大的影响。这些参数包括淀积温度、反应气体比例、射频频率及射频功率、反应 环境压力。为了提高生成膜的质量，需要对衬底加温。这样可使成膜在达到衬底后具有一 定的表面迁移能力，在位能最低的位置结合到衬底上去，使所形成薄膜内应力较小，结构致 密，具有良好的钝化性能。温度对淀积速率的影响较小，但对氮化硅薄膜的物化性质影响 很大，温度升高时，薄膜的密度和折射率直线上升，同时会提高衬底表面原子的活性和迁移 率，使衬底表面反应增强，过剩的硅原子减少，膜的含H量降低。Si/N比下降，改进了化学 组分。射频频率和射频功率是影响氮化硅薄膜生长的重要因素。在低频下等离子体离化度 较高，离子轰击效果明显，薄膜淀积速度较低；高频下，离子轰击作用较弱。当射频功率较小 时，气体尚不能充分电离，激活效率低，反应物浓度小，薄膜针孔多且均勻性较差，抗腐蚀性 能差；当射频功率增大时，气体激活效率提高，反应物浓度增大，生长的氮化硅薄膜结构致 密。射频功率不能过大，否则淀积速率过快，使膜的均勻性下降，结构疏松，针孔密度增大， 钝化性能退化。SiH4/NH3流量比对淀积速率、膜的组分及物化性质均有很大影响。当SiH4/ NH3过低，淀积的氮化硅薄膜折射率偏高，生长过程中产生的应力问题更为突出，因而，生成 的氮化硅薄膜越厚，薄膜的龟裂现象越易发生。当比例过高时，薄膜中的氢含量就高，严重 影响了器件的可靠性。淀积期间反应室内气体压强对淀积有一定的影响，增大反应室压强
4时，淀积速率增大。反应室压强的选择通常要保证等离子体在特定结构的反应器保持稳定 的辉光放电。现有的单晶晶体硅太阳能电池通常采用单一的镀膜工艺，氮化硅膜厚度在70-80 纳米，折射率在2.0左右。这样的镀膜工艺生产的电池在阳光下呈现出蓝色，显然限制了太 阳能电池外观的多样性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有工艺存在的缺陷，提出一种晶体硅太阳能 电池各色氮化硅膜制备方法，该方法可在不影响电池转化效率的前提下可制备出不同颜色 太阳能电池，并适用于产业化生产。本发明的技术方案是，所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法为，采用常 规等离子体增强化学气相淀积(PECVD)法和设备，在硅片表面淀积氮化硅膜；其技术特征 是，采用电阻率为0. 2欧姆/厘米-30欧姆/厘米的P型硅片做衬底，根据氮化硅膜的比色 表，在既有的衬底温度和射频功率下，通过调整SiH4/NH3流量比，控制射频放电频率，控制 反应室压强，控制淀积时间，形成不同颜色的氮化硅薄膜。以下对本发明做出进一步说明。所述不同颜色为已有氮化硅膜的比色表的棕色、金褐色、红色、灰蓝色、黄色或蓝 绿色，或其它可通过本发明工艺实现的颜色中的一种。本发明中，在淀积氮化硅膜前，硅片表面最好经过常规清洗、扩散、刻蚀去边、去除 表面氧化层处理。进一步地，本发明所述淀积氮化硅膜的方法包括将所述硅片放入常规PECVD 设备的炉管加热(进行整体热处理)，衬底加热温度100°c -500°c，射频功率调整到 1000W-5000W;为防止反应区下游反应气体因耗尽而降低淀积速率，采用较大的气体流量 500mL/min-10000mL/min范围；根据镀膜颜色的不同要求，SiH4与NH3的体积流量比在 1 5-15 (SiH4 NH3 = 1 5-15)范围内进行调整，在反应过程中可通过调整尾气抽取速 度而控制反应室内的压强在50Pa-500Pa，控制射频放电频率为20KHz_50KHz，淀积时间60 秒-2000秒。本发明方法是经过深入理论分析和大量而反复的试验才获得的，通过科学而优化 地调整SiH4/NH3流量比、控制射频放电频率、控制反应室压强、控制淀积时间，实现了氮化 硅膜生长的均勻性控制，防止膜结构疏松，针孔密度增大，把折射率控制在理想范围内，从 而得到理想颜色的电池。由以上可知，本发明为晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，该方法可在不 影响电池转化效率的前提下可制备出不同颜色太阳能光伏电池，实现了太阳能光伏电池颜 色的多样化，并适用于产业化生产。
具体实施例方式实施例1 选择电阻率为0.2欧姆/厘米-30欧姆/厘米P型单晶硅片，晶面为 (100)，工艺过程如下(1)硅片预处理步骤
a.去除硅片表面损伤，形成减反射表面结构及化学清洗；b.在P0CL3气氛中进行扩散；c.去除硅片周边PN节，清洗去除表面磷硅玻璃；(2)在晶体硅扩散面用PECVD法淀积氮化硅薄膜，镀膜工艺过程为将硅片非扩散面紧贴石墨舟放入PECVD设备炉管，将炉管加热到一定温度，调整 淀积的射频功率，预热2分钟后，按设定体积流量比通入NH3，调整抽气阀门开度，将 反应室压力调整到预定值，调整射频功率放电的频率，控制淀积时间，得到表面颜色(氮化 硅膜颜色)呈现棕色的电池片；其中炉管加热温度(衬底温度):200°C -400°C淀积射频功率1000W-3500WSiH4 与 NH3 体积流量比1 5_6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反应室压强80Pa_120Pa射频放电的频率30KHz-35KHz淀积时间200秒-500秒(3)丝网印刷背面电极，烘干，丝网印刷正面电极，烧结。实施例2 氮化硅膜颜色为金褐色的电池片淀积工艺炉管加热温度(衬底温度):200°C -400°C淀积射频功率1000W-3500WSiH4 与 NH3 体积流量比1 5_6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反应室压强130Pa_160Pa射频放电的频率30KHz-35KHz淀积时间510秒-700秒其它工艺条件、方法、设备等同实施例1。实施例3 氮化硅膜颜色为红色的电池片淀积工艺炉管加热温度(衬底温度):200°C -500°C淀积射频功率2000W-3500WSiH4 与 NH3 体积流量比1 6_8(即 SiH4 NH3 = 1 6-8)反应室压强165Pa_180Pa射频放电的频率36KHz_45KHz淀积时间710秒-750秒实施例4 氮化硅膜颜色为灰蓝色的电池片淀积工艺炉管加热温度(衬底温度):200°C -400°C淀积射频功率1000W-5000WSiH4 与 NH3 体积流量比1 6_8(即 SiH4 NH3 = 1 6-8)反应室压强185Pa-200Pa射频放电的频率36KHz_45KHz淀积时间800秒-1000秒实施例5 氮化硅膜颜色为黄色的电池片淀积工艺炉管加热温度(衬底温度)200°C -400°C
淀积射频功率1000W-5000WSiH4 与 NH3 体积流量比1 5-6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反应室压强205Pa_210Pa射频放电的频率36KHz_45KHz淀积时间1200秒-1600秒其它工艺条件、方法、设备等同实施例1。实施例6 氮化硅膜颜色为蓝绿色的电池片淀积工艺炉管加热温度(衬底温度):200°C -400°C淀积射频功率1000W-5000WSiH4 与 NH3 体积流量比1 5_6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反应室压强215Pa_250Pa射频放电的频率36KHz_45KHz淀积时间1650秒-2000秒其它工艺条件、方法、设备等同实施例1。
权利要求
一种晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，采用常规等离子体增强化学气相淀积(PECVD)法和设备，在硅片表面淀积氮化硅膜，其特征是，采用电阻率为0.2欧姆/厘米-30欧姆/厘米的P型硅片做衬底，根据氮化硅膜的比色表，在既有的衬底温度和射频功率下，通过调整SiH4/NH3流量比，控制射频放电频率，控制反应室压强，控制淀积时间，形成不同颜色的氮化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，衬底加 热温度 100°C _500°C，射频功率 1000W-5000W ；气体流量 500mL/min-10000mL/min ；SiH4 与 NH3的体积流量比为1 5-15，反应室压强在50Pa-500Pa，射频放电频率20KHz_50KHz，淀 积时间60秒-2000秒。
3.根据权利要求1或2所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，生成 棕色氮化硅膜的工艺条件为炉管加热温度200°C -400°C 淀积射频功率1000W-3500W SiH4与NH3体积流量比1 5-6 反应室压强80Pa_120Pa 射频放电的频率30KHz-35KHz 淀积时间200秒-500秒。
4.根据权利要求1或2所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，生成 金褐色氮化硅膜的工艺条件为炉管加热温度200°C -400°C 淀积射频功率1000W-3500W SiH4与NH3体积流量比1 5-6 反应室压强130Pa-160Pa 射频放电的频率30KHz-35KHz 淀积时间:510秒-700秒。
5.根据权利要求1或2所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，生成 红色氮化硅膜的工艺条件为炉管加热温度200°C -500°C 淀积射频功率2000W-3500W SiH4与NH3体积流量比1 6-8 反应室压强165Pa_180Pa 射频放电的频率36KHz-45KHz 淀积时间710秒-750秒。
6.根据权利要求1或2所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，生成 灰蓝色氮化硅膜的工艺条件为炉管加热温度200°C -400°C 淀积射频功率1000W-5000W SiH4与NH3体积流量比1 6-8 反应室压强185Pa_200Pa射频放电的频率36KHz-45KHz 淀积时间800秒-1000秒。
7.根据权利要求1或2所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，生成 黄色氮化硅膜的工艺条件为炉管加热温度200°C -400°C 淀积射频功率1000W-5000W SiH4与NH3体积流量比1 5-6 反应室压强205Pa_210Pa 射频放电的频率36KHz-45KHz 淀积时间1200秒-1600秒。
8.根据权利要求1或2所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，生成 蓝绿色氮化硅膜的工艺条件为炉管加热温度200°C -400°C 淀积射频功率1000W-5000WSiH4 与 NH3 体积流量比1 5-6 (即 SiH4 NH3 = 1 5-9) 反应室压强215Pa_250Pa 射频放电的频率36KHz-45KHz 淀积时间1650秒-2000秒。
9.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，其特征是，在硅片 表面淀积氮化硅膜之前，对硅片表面进行常规清洗、扩散、刻蚀去边、去除表面氧化层处理。
全文摘要
本发明公开了一种实现晶体硅太阳能电池各种色彩氮化硅膜的生产方法，该方法使用常规管式PECVD设备，在既定的衬底温度和射频功率下，调整SiH4/NH3流量比，控制射频放电频率，控制反应室压强及淀积时间，在硅片上均匀淀积各种颜色氮化硅薄膜。方法简单，易于实现，无污染，适用于产业化生产。
文档编号H01L31/18GK101834225SQ20101014639
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者刘贤金, 周大良, 周小荣 申请人:湖南红太阳新能源科技有限公司