专利名称：一种多晶硅太阳电池的减反射膜膜系及制备方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅太阳电池的制备技术，具体是一种多晶硅太阳电池的减反射膜膜系及制备方法。
背景技术：
太阳能电池发展的主要趋势是高转换效率和低成本。为了提高电池的转换效率， 降低表面的光反射，增加光的有效吸收是十分必要的。采用减反射膜以降低电池表面对阳光的反射损失，即是一种提高转化率和降低成本的方法。目前企业生产的减反射膜一般只采用一层膜，减反射膜的材料一般为SiNx，常用制备方法为化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)，其主要原理是利用各种材料在气相间、气相和固体基础表面间所产生的物理、化学过程而沉积薄膜；等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是利用辉光放电的作用产生电子，而这些电子经过与反应气体分子的碰撞而形成等离子体，通过一定的温度、压强等在样品表面经过复杂的物理化学反应而形成固体薄膜。PECVD制备单层减反射膜已经得到了企业的产业化应用。虽然单层膜的制作技术比较成熟，实现了产业化，但是其总体反射率偏高，单晶硅材质反射率平均为10%，多晶硅材质电池反射率平均为20%左右(抛光硅表面的反射率高达35%左右)，不利于提高太阳能的转化率，减少反射损失和降低成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，研制一种多晶硅太阳电池的减反射膜膜系及制备方法。该膜系能使多晶硅片表面的反射率大幅度降低，增加光的吸收率，提高太阳电池的效率，降低生产成本。该制备方法工艺简单、成熟，不需要新设备，适用工业化实施。本发明解决所述膜系技术问题的技术方案是，设计一种多晶硅太阳电池的减反射膜膜系，其特征在于该膜系为双层膜结构，一层膜为热氧化法生长或制备的SiO2膜，另一层膜为在SiO2膜上沉积制备的SiNx膜；所述SiO2膜的膜层厚度为10-50nm ；所述SiNx膜的膜层厚度为60-100nm，折射率为1. 8-2. 6。与现有技术相比，本发明多晶硅太阳电池的减反射膜膜系设计了 SiNj^P SiO2I 层膜系结构，该膜系能够大幅度的降低膜表面反射率，使太阳电池的反射率能够大幅降低 (最低达到0. 21% )，且反射曲线在短波部分分配合理，同时该膜系能够起到一定的钝化作用，具有硬度高、膜层牢固、耐腐蚀，绝缘性、机械特性以及稳定性良好等特点。
图1为不同厚度的SiO2单层减反射膜的反射谱，SiO2厚度为10-50nm，作为对照组。图2为不同厚度的SiNx单层减反射膜的反射谱，SiNx厚度为60-100nm，作为对照组。图3为本发明不同SiOx厚度的SiNx/Si02双层减反射膜膜系的反射谱，SiO2厚度为10-50nm，作为实验组。图4为本发明不同SiNx厚度的SiNx/Si02双层减反射膜膜系的反射谱，SiNx厚度为60-100nm，作为实验组。图5为本发明不同SiNx折射率的SiNx/Si02双层减反射膜膜系的反射谱，SiNx折射率为1.8-2. 6，作为实验组。图6为本发明不同SiNx折射率的SiNx/Si02双层减反射膜膜系的反射谱，SiNx折射率为1.9-2. 5，作为优化组。
具体实施例方式下面结合实施例及附图进一步描述本发明。本发明设计的多晶硅太阳电池的减反射膜膜系(简称膜系)，其特征在于该膜系为双层膜结构，一层膜为热氧化法生长或制备的SiO2膜，另一层膜为在SiO2膜上沉积制备的SiNx膜；所述SiO2膜的膜层厚度为10-50nm ；所述SiNx膜的膜层厚度为60-100nm，折射率为 1. 8-2. 6。本发明膜系的制备方法是依次经过下述常规工序清洗、制绒、制结和刻蚀后， 在氧气气氛中进行820-860°C的低温热氧化，生长或制备SiO2膜，然后通过等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)在SiO2膜上沉积制备SiNx膜，从而得到SiNx与SiO2 (SiNx/Si02) 双层膜的减反射膜膜系(双层膜系)。本发明制备方法中，所述的工序及工艺本身均为现有技术。因此工艺简单、成熟， 不需要新设备，非常适用工业化实施应用。本发明膜系适用于多晶硅太阳能电池的制备工艺中。由于本发明膜系在多晶硅表面利用热氧化法生长的SiO2薄膜，能够对硅片表面进行有效的表面钝化，因而具有硬度高、 膜层牢固、耐腐蚀，绝缘性、机械特性以及稳定性良好等特点，同时其优异的光学性能，透光性好、直射率低，使SiO2膜应用在硅基太阳能电池中后，可起到减反射和钝化的双重效果。研究表明，本发明膜系影响双层膜总体反射率的参数主要为SiO2膜的膜层厚度、 3土队膜的膜层厚度和SiNx膜的折射率。本发明SiNx/Si02|层膜系结构的反射率采用的SiO2 膜折射率为1. 46，Si的折射率为3. 58，入射介质的折射率为1. 43。SiO2膜的膜层厚度和 SiNx膜的膜层厚度可以通过改变反应时间等参数来实现，例如，SiO2膜为840°C的低温热氧化生长所成，在氧气气氛中，通过调整氧化时间来控制SiO2膜的膜层厚度。所述SiNx膜的折射率可以通过调整SiH4与NH3的流量比来实现，流量比调整范围为1. 8-2. 6，流量比的控制本身为现有技术。本发明3102膜的膜层厚度为10-50nm，SiNx膜的膜层厚度为60-100nm。 本发明研究过程中，先在SiNx膜的折射率为2. 1、SiNx膜的厚度为60nm不变情况下，设置不同的单层SiO2膜的厚度，以及在SiO2膜的厚度为lOnm、SiNx膜的折射率为2. 1 不变情况下，设置不同的单层SiNx膜的厚度，研究二者对于反射率的影响，从而作为对照组 (即实施例1)其次，在不同的参数组合下，结合太阳电池在630nm处响应最敏感和反射区在长波及短波部分的情况，得到优化的双层膜系结构组合，为实验组(即实施例2)；第三步，根据实验组的结果，做双层膜系结构的进一步优化，得到最佳优化组合(即实施例3)。在对照组中，SiO2膜的膜层厚度为50nm时，膜系的反射率最低，为10%;SiNx膜的膜层厚度为80nm时，反射率最低，为3 %。在实验组中，优化的膜系为SiNx (60nm，η = 2. 2)/SiO2 (IOnm)，即在双层减反射膜膜系中，SiNx膜的膜层厚度为60nm，折射率为2. 2，SiO2膜的膜层厚度为10nm。
在优化组中，膜系SiNx(60nm，η = 2. 2)/SiO2(IOnm)为最佳的双层膜组合。在630nm 处，该SiNx/Si02膜系的反射率最小，仅为0. 21%，反射曲线在短波部分分配最为合理。本发明未述及之处适用于现有技术。下面给出具体的实施例，这些实施例仅用于进一步描述本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围实施例1本实施例为现有技术的对照组。它记载了不同厚度的单层SiO2膜和SiNx膜的反射谱(参见图1-2)。在图1-2中，SiO2膜的厚度为10-50nm，SiNx膜的厚度为60-100nm。 从图1-2中可以看出50nm厚的SiO2单层膜最小的反射率为10% ；SOnm厚的SiNx单层膜最小的反射率为3%。实施例1作为对照组，可以与本发明双层膜系的反射率进行对照。实施例2本实施例为实验组。本实验组通过改变SiO2膜的厚度，SiNx膜的厚度和SiNx膜的折射率，测得相关数据(参见图3、图4和图5)。(1)在SiNx膜的折射率为2. 1、SiNx膜的厚度为60nm不变情况下，研究了 SiO2膜的厚度对双层膜系总反射率的影响。(2)在SiO2膜的厚度为lOnm、SiNx膜的折射率为2. 1不变情况下，研究了 SiNx膜的厚度对双层膜系总反射率的影响。(3)在SiO2膜的厚度为IOnnuSiNx膜的厚度为60nm不变情况下，改变SiNx膜的折射率nl，研究了其对双层膜系总反射率的影响。与对照组对照可见，本发明设计的双层膜系具有优秀的减反射作用，并初步得到优化的双层膜系。实施例3本实施例为优化组。在实验组的基础上，进一步优化了双层膜膜系结构，即在SiO2 膜的膜层厚度为1011!11、51队膜的膜层厚度为60nm不变的情况下，进一步研究51队膜的折射率nl，研究了其对双层膜系总反射率的影响，得到最优化的双层膜系(参见图增加了图 5中没有的区间和表1)。表1不同参数下的SiNx/Si02膜系的最佳组合参数表(作为优化组)
权利要求
1.一种多晶硅太阳电池的减反射膜膜系，其特征在于该膜系为双层膜结构，一层膜为热氧化法生长或制备的SiO2膜，另一层膜为在SiO2膜上沉积制备的SiNx膜；所述SiO2膜的膜层厚度为10-50nm ；所述SiNx膜的膜层厚度为60-100nm，折射率为1. 8-2. 6。
2.根据权利要求1所述的多晶硅太阳电池的减反射膜膜系，其特征在于所述膜系结构为=SiNx膜的膜层厚度为60nm，折射率n=2. 2 ；SiO2膜的膜层厚度为10nm。
3.—种权利要求1或2所述多晶硅太阳电池的减反射膜膜系的制备方法，该制备方法依次经过下述常规工序清洗、制绒、制结和刻蚀后，在氧气气氛中进行820-860°C的低温热氧化，生长或制备SiO2膜，然后通过等离子体增强化学气相沉积方法在SiO2膜上沉积制备SiNx膜，从而得到SiNx与SiO2双层膜的减反射膜膜系。
全文摘要
本发明公开一种多晶硅太阳电池的减反射膜膜系及制备方法。该减反射膜膜系的特征在于该膜系为双层膜结构，一层膜为热氧化法生长或制备的SiO2膜，另一层膜为在SiO2膜上沉积制备的SiNx膜；所述SiO2膜的膜层厚度为10-50nm；所述SiNx膜的膜层厚度为60-100nm，折射率为1.8-2.6。该制备方法依次经过下述常规工序清洗、制绒、制结和刻蚀后，在氧气气氛中进行820-860℃的低温热氧化，生长或制备SiO2膜，然后通过等离子体增强化学气相沉积方法在SiO2膜上沉积制备SiNx膜，从而得到SiNx与SiO2双层膜的减反射膜膜系。该膜系可大幅度降低膜表面反射率，同时具有钝化作用。
文档编号H01L31/0216GK102290449SQ20111021358
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者刘彩池, 张昆, 解新建, 郝秋艳 申请人:河北工业大学