高pid抗性的单晶多层钝化减反射膜及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高PID抗性的单晶多层钝化减反射膜及其制备方法，包括刻蚀后单晶硅片进入PECVD炉体，先通氧气或空气等含氧气体，再沉积多层钝化减反射膜层，单晶硅片衬底正表面自下而上依次设置折射率递减的底层SiNx层、单层或多层光学优化层SiNx层以及顶层光学优化层SiOxNy层；总膜厚为70～125nm，总折射率为1.90～2.10。本发明基于传统单晶硅电池工艺，只改变PECVD时的制备方法和钝化减反射膜的膜质结构，不需要使用臭氧设备或其他方法在刻蚀后硅片表层特意增加SiOx层，就可以达到高抗PID的目的；可与传统晶硅电池工艺兼容，直接使用普通刻蚀设备和PECVD设备或稍加改造后即可生产。
【专利说明】
高PID抗性的单晶多层钟化减反射膜及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及太阳能晶娃电池制造领域，尤其是一种高PID抗性的单晶多层纯化减 反射膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着环境问题和能源问题得到越来越多人的关注，太阳电池作为一种清洁能源， 人们对其研究开发已经进入到了一个新的阶段。PID(potential induced degradation)效 应指在长期高电压作用下，组件中玻璃和封装材料之间存在漏电现象，造成先是表面纯化 减反射膜失效，然后PN结失效，最终使得组件性能降低。传统工艺的P型太阳能晶娃组件都 存在一定的PID失效问题，所W研究PID现象，研发出PID Free的太阳电池是广大太阳能厂 商研发部和部分科研院校的目标之一。目前较通用且较严格的是双85PID测试，其测试条件 为1000 V的负电压，85°C的环境溫度，85 %的湿度，9化的测试时间，组件最终最大输出功率 衰减比例小于5%就可判定为PID测试合格，即PID化ee。
[0003] 传统太阳能多晶电池表面的SiNx纯化减反射膜层几乎都因折射率较低使得PID衰 减较为严重；目前市场为了追求PID Free,主要方法是提高SiNx膜层的折射率，但电池转换 效率较常规工艺降低1-2%;还有方法就是使用紫外电离、高频臭氧发生器生成的臭氧化氧 化娃片表面，生成较薄的SiOx层或使用笑气化0 PECVD法直接在娃片表面沉积一层SiOx薄 膜，使电池具有一定的PID抗性。
[0004] 另一方面，目前大规模生产中多晶电池表面常用的减反射膜多为二到=层氮化 娃，通常其光学厚度为特定波长的的四分之一或者二分之一。对于单层氮化娃减反射膜，其 仅对单一波长具有较好的减反射效果，具有相对较高的反射率和较差的纯化效果。能够降 低反射率并提高纯化效果的减反射膜是太阳电池研究的热点。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是:提供一种高PID抗性的单晶多层纯化减反射膜及其 制备方法，运种方法不需要使用臭氧设备或其他方法在刻蚀后娃片表层特意增加 Si化层， 直接使用普通刻蚀设备和PECVD设备或稍加改造后即可;该方法制备的纯化减反射膜能够 降低反射率，提高纯化效果，提高太阳电池效率，且具有非常优良的抗PID衰减特性。
[0006] 本发明所采用的技术方案为:一种高PID抗性的单晶多层纯化减反射膜，包括在单 晶娃片衬底正表面自下而上依次设置的底层SiNx层、单层或多层光学优化层SiNJlW及顶 层光学优化层SiOxNy层;所述的底层SiNx层、单层或多层光学优化层SiNJlW及顶层光学优 化层SiOxNy层的折射率递减;所述的底层SiNx层、单层或多层光学优化层SiNJlW及顶层光 学优化层SiOxNy层的总膜厚为70~125皿，总折射率为1.90~2.10。
[0007] 进一步的说，本发明所述的底层SiNJlW及单层或多层光学优化层SiNx层均采用 PECV的去制备;所述的底层SiNx层的折射率为2.15~2.4,厚度为4~20nm;所述的单层或多 层光学优化层SiNx层的折射率为1.95~2.化，厚度为20~65nm。
[0008] 再进一步的说，本发明所述的顶层光学优化层SiOxNy层采用PECV的去将含氧气体与 SiH4、N出一起沉积而成;其膜厚为15~60皿，折射率为1.6~1.95。
[0009] 同时，本发明提出一种高PID抗性的单晶多层纯化减反射膜的制备方法，包括W下 步骤：
[0010] 1)单晶娃片常规工艺处理后进行刻蚀；
[0011] 2)刻蚀后单晶娃片由载具送入300°C到550°C之间的PECVD腔体内，通入含氧气体 3min 至 Ij20min;
[0012] 3)使用PECVD设备锻多层纯化减反射膜;包括在单晶娃片衬底正表面自下而上依 次设置的底层高折射率SiNx层、单层或多层光学优化层SiNx层W及顶层光学优化层SiOxNy 层；
[0013] 4)使用传统电池印刷工艺印刷背电极、侣背场、正栅线和正电极，并烧结。
[0014] 本发明的原理为:刻蚀后单晶娃片进入300°C到550°C之间的阳CVD腔体内，通入氧 气或空气等含氧气体用一定时间后，娃片表面生长了一层薄薄的热Si化层，该SiOx层较致 密，具有较好纯化效果，能有效降低电池片的表面复合速率;且该致密Si化层较薄(0.1 nm-2nm)，电子的遂穿效应非常明显，可W将电池表面富集的一部分电荷导走从，防止因电荷堆 积在电池表面而导致的电势诱导衰减(PID)，使电池具有抗PID衰减特性。
[0015] 多层纯化减反射膜底层高折射率的SiNx层的引入既可W增强膜层纯化效果，又可 W有效的阻挡组件中的游离带正电荷离子，有效提高电池抗PID衰减特性;按一定规律依次 降低多层SiNx层具有一定PID抗性的同时还可W大幅降低电池片迎光面的反射率，能够有 效降低中短波波段的反射率，提高电池片的短路电流;再结合顶层低折射率的SiOxNy层，使 得整体膜层的折射率更低，继续增加入射光线比例，提高短路电流，且电池片层压后颜色较 暗，整体均匀无色差。采用该方法制备的多晶多层膜电池 PID抗性极佳，制备的组件可W通 过市场上非抗性EVA双85条件下的PID测试，且电池转换效率高于传统常规PECVD锻膜工艺。
[0016] 本发明的有益效果是:本发明基于传统单晶电池工艺，只改变阳CVD时的制备方法 和纯化减反射膜的膜质结构，可与传统晶娃电池工艺兼容，直接使用普通刻蚀设备和PECVD 设备或稍加改造后即可生产。该方法对设备及单晶娃片无特殊要求、易于实现、且由于沉积 膜层前通入氧气或空气等含氧气体，不会出现尾气处理时的安全问题，适用于规模化生产， 也可运用于一些先进电池工艺，如:背纯化电池、N型双面电池、MWT电池等。
【附图说明】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018] 图1是本发明的结构示意图；
[0019] 图中：1、底层SiNx层;2、单层或多层光学优化层SiNx层;3、顶层光学优化层SiOxNy 层。
【具体实施方式】
[0020] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。运些附图均为简化的 示意图，仅W示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0021] 如图1所示的一种高PID抗性的单晶多层纯化减反射膜结构，包括在多晶娃片衬底 正表面自下而上依次设置的底层SiNx层1、单层或多层光学优化层SiNx层及顶层光学优 化层SiOxNy层3。运些膜层自下而上折射率递减，其总膜厚为70~125皿，总折射率为1.90~ 2.10。
[0022] 下面通过两组实施例来进行进一步说明：
[0023] 实施例1
[0024] 1)将原始娃片预处理，该预处理包括电池工艺中的制绒、扩散和刻蚀等工艺；
[0025] 2)刻蚀后娃片进入380°C的阳CVD设备后升溫至500°C，先在阳CVD腔体内通氧气或 空气等含氧气体20min;再在多晶娃片表面依次沉积折射率按一定规律依次降低的多层 SiNx层，其中底层SiNx层，折射率为2.25，膜层厚度为20nm;中间单层SiNx层，折射率为2.05， 膜层厚度为30nm;使用PECVD设备在扩散面锻剩余SiOxNy层，折射率为1.75,膜层厚度为 35nm；
[0026] 4)使用传统电池印刷工艺印刷背电极、侣背场、正栅线和正电极，并烧结。
[0027] 经过检测发现，本实施例获得的太阳能电池片的光电转换效率增大且PID抗性有 较大的提升。具体数据见下表1:
[0028] 表1本实施例获得的太阳能电池的光电转换效率及PID
[0029]
[0030] 从表1可W看出：该方法制备的多层减反射膜工艺效率增益0.16%，主要由于短路 电流增益60毫安；同时双85条件96小时PID(电势诱导衰减）功率衰减只有1.7%，192小时 PID衰减为4.1%。
[0031] 实施例2
[0032] 1)将原始娃片预处理，该预处理包括电池工艺中的制绒、扩散和刻蚀等工艺；
[0033] 2)刻蚀后娃片进入380°C的阳CVD设备后升溫至550°C，先在阳CVD腔体内通氧气或 空气等含氧气体5min;再在多晶娃片表面依次沉积折射率按一定规律依次降低的多层SiNx 层，其中底层SiNx层，折射率为2.35，膜层厚度为5nm。中间为双层SiNx,其下层SiNx折射率为 2.15，膜层厚度为15nm;其上层SiNx层，折射率为2.00，膜层厚度为30nm;使用阳CVD设备在 扩散面锻剩余SiOxNy层，折射率为1.75，膜层厚度为40nm;
[0034] 4)使用传统电池印刷工艺印刷背电极、侣背场、正栅线和正电极，并烧结。
[0035] 经过检测发现，本实施例获得的太阳能电池片的光电转换效率增大且PID抗性有 较大的提升。具体数据见下表2:
[0036] 表2本实施例获得的太阳能电池的光电转换效率及PID
[0037]
[0038] 从表1可W看出：该方法制备的多层减反射膜工艺效率增益0.26%，主要由于短路 电流增益85毫安，填充FF增加0.05;同时96小时PID(电势诱导衰减）功率衰减只有0.9 %， 192小时PID衰减为3.4%，电池 PID衰减值非常低。
[0039] W上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】，各种举例说明不对本发明的实 质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可W对W前所述的具体 实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
【主权项】
1. 一种高PID抗性的单晶多层钝化减反射膜，其特征在于:包括在单晶硅片衬底正表面 自下而上依次设置的底层SiN x层、单层或多层光学优化层SiNx层以及顶层光学优化层 SiOxNy层;所述的底层31仏层、单层或多层光学优化层31仏层以及顶层光学优化层SiOxNy层 的折射率递减；所述的底层SiN x层、单层或多层光学优化层SiNx层以及顶层光学优化层 SiOxNy层的总膜厚为70~125nm，总折射率为1.90~2.10。2. 如权利要求1所述的高PID抗性的单晶多层钝化减反射膜，其特征在于:所述的底层 SiNx层以及单层或多层光学优化层SiNx层均采用PECVD法制备;所述的底层SiN x层的折射率 为2.15~2.4,厚度为4~20nm;所述的单层或多层光学优化层SiNx层的折射率为1.95~ 2.25，厚度为20~65歷。3. 如权利要求1所述的高PID抗性的单晶多层钝化减反射膜，其特征在于:所述的顶层 光学优化层SiOxN y层采用TOCVD法将含氧气体与SiH4、NH3 -起沉积而成；其膜厚为15~ 60nm，折射率为1.6~1.95。4. 一种如权利要求1所述的高PID抗性的单晶多层钝化减反射膜的制备方法，其特征在 于:包括以下步骤： 1) 单晶硅片常规工艺处理后进行刻蚀； 2) 刻蚀后单晶硅片由载具送入300°C到550°C之间的PECVD腔体内，通入含氧气体3min 至 Ij20min; 3) 使用PECVD设备镀多层钝化减反射膜;包括在单晶硅片衬底正表面自下而上依次设 置的底层高折射率SiNx层、单层或多层光学优化层SiN x层以及顶层光学优化层SiOxNy层； 4) 使用传统电池印刷工艺印刷背电极、铝背场、正栅线和正电极，并烧结。
【文档编号】H01L31/18GK105826403SQ201610168722
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】瞿辉, 徐春, 曹玉甲, 张源, 张一源
【申请人】江苏顺风光电科技有限公司