CN101431122A - 太阳电池减反射膜生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可有效减少表面入射光反射损失，同时又可增强表面减反射膜致密性、增加对有害杂质如Na+、Fe+等的阻挡的改良SixNy减反射膜生长工艺。本发明生长工艺过程中高频等离子体源的功率为800W，反应室内的环境温度为480℃，硅烷的流量为300sccm，氨气流量保持原有工艺参数1800sccm，工艺硅片承载舟的进退速度为600mm/min，确保了所生长的膜层能及时钝化退火(边生长边退火钝化)，不仅使其致密性增强，且PN结表面辐射损伤能及时有效修复。本发明适用于晶体硅太阳能电池的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳电池减反射膜生产工艺，尤其是针对适用于大规模产业化生产的晶体硅太阳能电池表面氮化硅减反射膜的制作工艺改良。采用本发明可以制作出致密性好、均匀性好、附着性好的SixNy减反射膜。
背景技术
随着人们环保意识的日益提高，国际、国内对可再生能源，特别是对太阳能的开发利用越来越受到人们的广泛关注。光伏发电的成本在过去的30年里下降了2个数量级，在过去的5年时间里光伏产业保持每年40％～50％的增长。2001～2006年全球太阳能电池产量从386MW增至2500MW，增长了5.48倍，年增长达45％，成为一个快速发展的高技术新兴行业。2007年全球光伏装机总量达2300MW，增速超过40％，未来几年的增长势头则更加迅猛，复合增长率将高达30％。至2030年，全球光伏发电装机容量达300GW，整个产业产值有望突破3000亿美元；至2040年光伏发电将达全球发电总量的15％～20％。
晶体硅电池是太阳能电池的主流产品，占世界太阳能电池产量的90％左右。目前的晶体硅太阳能电池都是制作在P型衬底硅片上，而为了增加对入射太阳光的吸收，提高太阳能电池的光电转换效率，都必须在电池的N+层表面生长一层合适厚度的SixNy减反射膜，以增加对入射阳光的吸收，对利用该种技术制作的太阳能电池，其光电转换效率都在16％以上。目前行业内的产业化生产工艺都是采用PECVD等离子体化学气相淀积的方式，将硅片置于等离子体场中直接在硅片表面淀积一层SixNy，薄膜，这是一种常规的成熟的减反射膜生长工艺，通常膜层厚度为80±3nm，折射率为2.05±0.02，减反射膜对入射光的减反射效果其反射率可达5~6％，但由于生长速度较快(0.8nm/s)，导致膜质地较疏松，不仅容易产生PN结“烧穿”现象，且由于质地疏松对有害杂质(如Na+、Fe+)阻挡能力较差，从而使电池加工制造过程中容易产生工艺波动。
发明内容
本发明解决的技术问题在于：提供一种可有效减少表面入射光反射损失，同时又可增强表面减反射膜致密性、增加对有害杂质如Na+、Fe+等的阻挡的改良SixNy减反射膜生长工艺。
为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明生产工艺包括以下步骤：
1、清洁单晶硅片：将经过扩散形成PN结及经过等离子去边与去PSG(磷硅玻璃)清洗洁净的硅片清理干净，保持硅片表面干燥、无水渍。
2、插片：将清洁干燥的硅片N+层面向外垂直插入载片石墨舟内(注意整个片舟必须装满，如果不足必须用陪片替代)，然后以600mm/分的速度送入反应室内。
3、恒温：片舟送入反应室，反应室内的环境温度为480℃，由于冷端效应影响，其温度会有一个60℃的下降，为了确保整个反应室内膜的致密性均匀一致，必须使反应室内恒温区温度稳定，该过程需5分钟左右。
4、生长SixNy膜：往反应室内通入流量300sccm的SiH4气体和1800sccm的NH3气体，并使反应室真空保持在280Pa左右恒压1~2分钟时间，目的是让硅烷与氨气在反应室内各处充分混合均匀，然后将高频电源设置为800w并开启，高频工作方式为间歇式工作方式(即每放电5秒停15秒)让硅片在反应室内淀积长膜10分钟后，切断高频与工艺气体，将反应室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，反复3次后，便可将硅片从反应室取出，沉积步骤完成。
相对于现有的工艺技术，本发明的优点在于：通过降低高频放电功率不仅有效减缓了膜的生长速度，使其从原来的0.8nm/s降低到0.5nm/s左右，而且反应室内较低的等离子体能量对硅片表面PN结的辐射损伤也明显降低，具体表现在成品电池片的并联电阻明显变大、电池弱光响应提高；工艺气氛中硅烷含量降低，使硅烷的利用率大大提高，尾气中未反应的硅烷含量明显降低，既环保又节约了尾气处理费用；通过提高工艺反应温度，使SixNy膜能在更高的温度下退火，使致密性得到大幅度改善，对有害杂质及正面银电极的高温穿透阻挡作用明显加强，使后续高温烧结工艺温度范围更宽、适应性更广。
附图说明
图1是改进前的工艺流程图；
图2是改进后的工艺流程图；
图3是优化前后电池片的反射率比较图；
图4是优化前后电池片的量子效率比较图；
具体实施方式
如图2所示，本发明的具体生产工艺流程如下：
1、清洁单晶硅片：将经过扩散形成PN结及经过等离子去边与去PSG(磷硅玻璃)清洗洁净的硅片清理干净，保持硅片表面干燥、无水渍；
2、插片：将清洁干燥的硅片N+层面向外垂直插入载片石墨舟内(注意整个片舟必须装满，如果不足必须用陪片替代)，然后以600mm/分的速度送入反应室内；
3、恒温：片舟送入反应室，反应室内的环境温度为480℃，由于冷端效应影响，其温度会有一个60℃的下降，为了确保整个反应室内膜的致密性均匀一致，必须使反应室内恒温区温度稳定，该过程需5分钟左右。
反应室内的环境温度为480℃，较原工艺(420℃)升高了60℃，确保了所生长的膜层能及时钝化退火(边生长边退火钝化)，不仅使其致密性增强，且PN结表面辐射损伤也能及时有效修复。
4、生长SixNy膜：往反应室内通入流量300sccm的SiH4气体和1800sccm的NH3气体，并使反应室真空保持在280Pa左右恒压1~2分钟时间，目的是让硅烷与氨气在反应室内各处充分混合均匀，然后将高频电源设置为800w并开启，高频工作方式为间歇式工作方式(即每放电5秒停15秒)让硅片在反应室内淀积长膜10分钟后，切断高频与工艺气体，将反应室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，反复3次后，便可将硅片从反应室取出，沉积步骤完成。
本发明生长工艺过程中硅烷的流量为300sccm，氨气流量保持原有工艺参数1800sccm，其作用是通过降低工艺气体中硅烷的含量来减缓膜的生长速度，生长速度的降低还带来了表面膜的均匀性更一致；生长工艺过程中高频等离子体源的功率为800W，较原工艺(1500W)降低约40％。
在整个实施过程中，气体流量比例、沉积时间、高频电源功率、反应室温度、反应室压力均为重要参数，其能数调试好后不能随意改动，确保使制备的SixNy减反射膜重复性好、膜厚均匀、致密性好。
如图3、图4所示：由于膜致密性增强，因此当膜厚控制在78±3nm、折射率为2.05±0.02时减反射膜对入射光的减反射效果其反射率可达3~4％，。配合后续的各道加工艺，制作和电池片光电转换效率高达17％，且并联电阻值好，电池弱光响应优良。
Claims (1)
1、一种太阳电池减反射膜生产工艺，其特征在于包括以下生产工艺步骤：
1)清洁单晶硅片：将经过扩散形成PN结及经过等离子去边与去PSG(磷硅玻璃)清洗洁净的硅片清理干净，保持硅片表面干燥、无水渍；
2)插片：将清洁干燥的硅片N+层面向外垂直插入载片石墨舟内(注意整个片舟必须装满，如果不足必须用陪片替代)，然后以600mm/分的速度送入反应室内；
3)恒温：片舟送入反应室，反应室内的环境温度为480℃，由于冷端效应影响，其温度会有一个60℃的下降，为了确保整个反应室内膜的致密性均匀一致，必须使反应室内恒温区温度稳定，该过程需5分钟左右；
4)生长SixNy膜：往反应室内通入流量300sccm的SiH4气体和1800sccm的NH3气体，并使反应室真空保持在280Pa左右恒压1~2分钟时间，目的是让硅烷与氨气在反应室内各处充分混合均匀，然后将高频电源设置为800w并开启，高频工作方式为间歇式工作方式(即每放电5秒停15秒)让硅片在反应室内淀积长膜10分钟后，切断高频与工艺气体，将反应室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，反复3次后，便可将硅片从反应室取出，沉积步骤完成。
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