CN101527326A - 一种应用于冶金硅太阳电池的减反射膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于高纯冶金级多晶硅太阳电池的减反射膜，该减反射膜是由两层膜构成，第一层膜设在高纯冶金级多晶硅太阳电池的硅片衬底的表面，第一层膜的厚度为35～50nm，折射率为2.25～2.35；第二层膜设在第一层膜的表面，第二层膜的厚度为40～55nm，折射率为1.95～2.05；两层膜的成分均为氮化硅；两层膜的综合膜厚为82～89nm，综合折射率2.03～2.12。该减反射膜可以明显降低电池表面对光的反射，提高高纯冶金级(UMG)多晶硅太阳电池的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明设计一种减反射膜及其制备方法，具体涉及一种应用于太阳电池表面的减反射膜及其制备方法。
背景技术
目前太阳电池制造包括如下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)扩散制备PN结；(3)刻蚀去除硅片四周的PN结；(4)清洗去除磷硅玻璃；(5)制备减反射膜；(6)丝网印刷背电极银浆，背电场铝浆，正电极银浆；(7)背电极、背场及正面电极共烧合金化；(8)测试分选。
在工业化生产中多采用太阳能级多晶硅和单晶硅，这大大增加了生产的成本。而高纯冶金级(UMG)多晶硅太阳电池的出现主要是为了降低成本，由于采用了物理法提纯，其材料制作成本要大大低于采用西门子法提纯的太阳能级多晶硅和单晶硅材料。但是由于UMG多晶硅材料的特殊性，其太阳电池的转化效率要低于太阳能级多晶硅太阳电池。因此从制备减反射膜的工序着手，更进一步降低电池表面的光反射率，即增加光的透过率，进而更加光的吸收，有助于提高电池的光电转化效率。
减反射膜又称增透膜，最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π，即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果，为了在单波长实现零反射，或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系，改进淀积工艺，使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。
发明内容
本发明目的是提供一次性控制得到不同折射率的双层氮化硅膜及其制备方法，使减反射膜降低电池表面对光的反射，提高高纯冶金级(UMG)多晶硅太阳电池的光电转化效率；同时使该方法适用常规电池生产线的制备减反射膜工序，不影响太阳电池生产线的设备产能。
为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种应用于高纯冶金级多晶硅太阳电池的减反射膜，该减反射膜是由两层膜构成，第一层膜设在高纯冶金级多晶硅太阳电池的硅片衬底的表面，第一层膜的厚度为35～50nm，折射率为2.25～2.35；第二层膜设在第一层膜的表面，第二层膜的厚度为40～55nm，折射率为1.95～2.05；两层膜的成分均为氮化硅；两层膜的综合膜厚为82～89nm，综合折射率2.03～2.12。
一种制备上述减反射膜的方法，包括以下步骤：
(1)按照电池常规前道工序处理方法，对硅片进行硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃，然后在350～400℃预加热25～30s；
(2)使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第一阶段镀膜，硅烷流量为300～340sccm，氨气流量为800～900sccm，工艺压力为3.0e-1～3.1e-1mbar，微波功率为3150～3350W，盛放硅片载板的传输速度为100～110cm/min.，得到膜厚35～45nm，折射率2.25～2.35的第一层氮化硅膜；
(3)使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第二阶段镀膜，硅烷流量为260～300sccm，氨气流量为1450～1600sccm，工艺压力为3.0e-1～3.1e-1mbar，微波功率为3150～3350W，盛放硅片载板的传输速度为100～110cm/min.，得到膜厚40～55nm，折射率1.95～2.05的第二层氮化硅膜；
本发明最终在硅片上得到综合膜厚为82～89nm折射率为2.03～2.12的减反射膜；该结构减反射膜的两层膜的制备，虽然是如上分两步来描述但是实际上两层膜是在同一工艺腔内一次性镀膜完成的。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明得到不同折射率的双层氮化硅膜，该减反射膜可以明显降低电池表面对光的反射，提高高纯冶金级(UMG)多晶硅太阳电池的光电转化效率；
2.该方法适用常规电池生产线的制备减反射膜工序，不影响太阳电池生产线的设备产能。
附图说明
附图1为本发明实施例一的太阳能电池的结构示意图；
附图2为本发明实施例一的减反射膜与常规工艺减反射膜的反射率对比图；
附图3为本发明实施例二的减反射膜与常规工艺减反射膜的反射率对比图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
将一组经常规硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃四步骤处理后的硅片(200片)，经如下过程处理：
1、350℃加热28s；2、使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第一阶段镀膜，硅烷流量为900sccm，氨气流量为310sccm，工艺压力为3.0e-1mbar，微波功率为3200W，载板传输速度为100cm/min.；3、使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第二阶段镀膜，硅烷流量为1550sccm，氨气流量为280sccm，工艺压力为3.0e-1mbar，微波功率为3200W，盛放硅片载板的传输速度为100cm/min.。
上述两个镀膜阶段是在同一工艺腔内连续完成的，最终在硅片表面沉积得到综合膜厚为87.23～87.98nm，综合折射率为2.5040～2.0753的减反射膜，即本发明所提及的这种两层不同折射率的减反射膜。然后，对镀膜后硅片表面做光反射率测试。
将另一组经常规硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃四步骤处理后的硅片(200片)，进行常规镀膜工艺，然后，对镀膜后硅片表面做光反射率测试。
随机抽取本发明提供的减反射膜沉积的硅片与常规减反射膜工艺沉积的硅片各一片做反射率测试，进行反射率对比，得到结果如图2，其中曲线A表示常规减反射膜的反射率-波长曲线，曲线B表示本发明减反射膜的反射率-波长曲线。
从图2结果可以看出，本发明提供的减反射膜可以有效降低UMG多晶硅太阳电池表面的光反射率。
实施例二：
将一组经常规硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃四步骤处理后的硅片(200片)，经如下过程：
1、350℃加热30s；2、使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第一阶段镀膜，硅烷流量为880sccm，氨气流量为305sccm，工艺压力为3.05e-1，微波功率为3200W，盛放硅片载板的传输速度为105cm/min.；3、使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第二阶段镀膜，硅烷流量为1500sccm，氨气流量为270sccm，工艺压力为3.1e-1，微波功率为3200W，盛放硅片载板的传输速度为105cm/min.。
上述两个镀膜阶段是在同一工艺腔内连续完成的。最终在硅片表面沉积得到综合膜厚为83.3-84.16nm，综合折射率为2.0769-2.0917的减反射膜。
即本发明所提及的这种两层不同折射率的膜结构的减反射膜。然后，对镀膜后硅片表面做反射率测试。测试完毕后，后续工序按电池常规工序做处理，得到一组电池片。
将另一组经常规硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃四步骤处理后的硅片(200片)，进行常规镀膜工艺，后续工序按常规处理，得到一组电池片。
然后，随机抽取本发明提供的减反射膜沉积的硅片与常规减反射膜工艺沉积的硅片各一片做反射率测试，进行反射率对比，得到结果如图3，其中曲线C表示常规减反射膜的反射率-波长曲线，曲线D表示本发明减反射膜的反射率-波长曲线。
从图3结果可以看出，本发明提供的减反射膜可以有效降低UMG多晶硅太阳电池表面的光反射率。
并在AM1.5，25℃条件下，测试得到电池片的开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，串联电阻Rs，并联电阻Rsh，光电转换效率EFF，对比数据如下所示：
| 工艺方案 | Uoc | Isc | FF | EFF | Rs | Rsh |
| 常规工艺方案 | 0.625 | 7.171 | 77.8 | 14.32％ | 0.0031 | 28.045 |
| 本发明 | 0.625 | 7.192 | 78.03 | 14.43％ | 0.0028 | 42.943 |
从以上结果可以看出，本发明提供的减反射膜能有效提高UMG多晶硅太阳电池的短路电流(Isc)，进而提高电池光电转换效率。
实施例三：
将一组经常规硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃四步骤处理后的硅片(200片)，经如下过程处理：
1、350℃加热26s；2、使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第一阶段镀膜，硅烷流量为850sccm，氨气流量为300sccm，工艺压力为3.0e-1mbar，微波功率为3250W，载板传输速度为103cm/min.；3、使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中第二阶段镀膜，硅烷流量为1580sccm，氨气流量为295sccm，工艺压力为3.0e-1mbar，微波功率为3250W，盛放硅片载板的传输速度为103cm/min.。
两个镀膜阶段是在同一工艺腔内连续完成的。最终在硅片表面沉积得到综合膜厚为87.20-88.02nm，综合折射率为2.4870-2.0721的减反射膜，即本发明所提及的这种两层不同折射率的减反射膜。后续工序按常规处理，得到一组电池片。
将另一组经常规硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃四步骤处理后的硅片(200片)，进行常规镀膜工艺，后续工序按常规处理，得到一组电池片。
在AM1.5，25℃条件下，测试开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，串联电阻Rs，并联电阻Rsh，光电转换效率EFF，对比数据如下所示：
| 工艺方案 | Uoc | Isc | FF | EFF | Rs | Rsh |
| 常规工艺方案 | 0.621 | 7.283 | 77.42 | 14.39％ | 0.0031 | 49.023 |
| 本发明 | 0.623 | 7.314 | 77.71 | 14.54％ | 0.0030 | 39.084 |
从以上结果可以看出，本发明提供的减反射膜能有效提高UMG多晶硅太阳电池的短路电流(Isc)，进而提高电池光电转换效率。
Claims (3)
1.一种应用于高纯冶金级多晶硅太阳电池的减反射膜，该减反射膜是由两层膜构成，第一层膜设在高纯冶金级多晶硅太阳电池的硅片衬底的表面，第二层膜设在第一层膜的表面，其特征在于：第一层膜的厚度为35～50nm，折射率为2.25～2.35；第二层膜的厚度为40～55nm，折射率为1.95～2.05；两层膜的成分均为氮化硅。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高纯冶金级多晶硅太阳电池的减反射膜，第一层膜和第二层膜的综合膜厚为82～89nm，综合折射率2.03～2.12。
3.一种制备权利要求1所述的减反射膜的方法，包括以下步骤：
按照电池常规前道工序处理方法，对硅片进行硅片清洗制绒、扩散制备PN结、刻蚀去除硅片四周的PN结、清洗去除磷硅玻璃，
其特征在于：然后包括以下步骤：
(1)在350～400℃预加热25～30s；
(2)使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中进行第一阶段镀膜，硅烷流量为300～340sccm，氨气流量为800～900sccm，工艺压力为3.0e-1～3.1e-1mbar，微波功率为3150～3350W，盛放硅片载板的传输速度为100～110cm/min，得到膜厚为35～45nm，折射率为2.25～2.35的第一层氮化硅膜；
(3)使用PECVD设备，在硅烷和氨气的反应气氛中进行第二阶段镀膜，硅烷流量为260～300sccm，氨气流量为1450～1600sccm，工艺压力为3.0e-1～3.1e-1mbar，微波功率为3150～3350W，盛放硅片载板的传输速度为100～110cm/min，得到膜厚为40～55nm，折射率为1.95～2.05的第二层氮化硅膜。
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