CN101906616A - 一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，属于晶体硅太阳能电池制造领域，现有工艺产生的氨和氢离子对单晶硅片和表面的膜存在一定的刻蚀作用，此时会对单晶硅片表面产生一定的损伤，本发明先在单晶硅片表面热生长一层SiO2膜，再在SiO2膜的表面镀上一层SixNy膜。由此形成双层减反射膜。可以提高太阳能电池单晶硅片表面的钝化效果，降低太阳能电池单晶硅片表面的载流子复合速率，增加少子寿命，提高太阳能电池的性能。方法简单，易于实现，无污染。可以在常规的晶体硅太阳能电池生产过程中应用。

Description

一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池制造领域，具体是一种改善太阳能电池单晶硅片表面的钝化效果，提高太阳能电池的电性能的镀膜工艺。
背景技术
在太阳能电池的制作过程中，降低电池单晶硅片表面光的反射、降低电池单晶硅片表面载流子复合尤为重要。在单晶硅太阳能电池中采用在电池单晶硅片表面镀上一层减反射膜来降低光的反射，延长光程，增加光生载流子的产生，同时起到钝化效果。
目前主要的减反射膜是单层膜(参见图1)，使用的方法是采用管式或板式等离子加强化学气相沉积(英文简称PECVD)在电池单晶硅片表面形成氮化硅膜(SixNy，其中的X、Y为自然数)，由化学汽相沉积动力学可知，PECVD沉积氮化硅薄膜的过程可分为下列步骤：
(1)参加反应的硅烷和氨气的混合物被输运到沉积区；
(2)反应物分子由主气流扩散到达衬底表面；
(3)反应物分子吸附在衬底表面上；
(4)吸附的硅烷和氨气分子被等离子体激活发生反应，生成氮化硅膜和化学反应副产物；
(5)反应副产物分子从衬底表面解吸，外扩散到主气流中排除沉积区。
质量较好的氮化硅膜可以把表面反射率由制作绒面后的10％再降低至4％左左右，且在制作氮化硅膜过程中，反应气体(NH3和SiH4)离子化后，其中氢离子与硅表面的悬挂键结合，形成钝化效果，这样可以降低电池单晶硅片表面载流子复合，提高电池单晶硅片的开路电压、路电流。
但在氮化硅薄膜的沉积过程中，产生的氨和氢离子对单晶硅片和表面的膜存在一定的刻蚀作用，此时会对单晶硅片表面产生一定的损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是提供一种使单晶硅片表面反射率降低、钝化效果好、操作简单、稳定有效制备单晶减反射膜的应用于硅太阳能电池的镀膜工艺。为此，本发明采用以下技术方案：
一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，其特征是：先在单晶硅片表面热生长一层SiO2膜，再在SiO2膜的表面镀上一层SixNy膜。由此形成双层减反射膜。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、双层膜间光反复反射增加光的吸收，这样可以把之前电池单晶硅片表面4％的反射率降低至2.5％～2％，增加光生载流子的产生，提高电池单晶硅片的电性能；
2、热生长SiO2过程中单晶硅本身参与反应，可降低单晶硅表面缺陷，而氮化硅中的氢离子可以弥补SiO2的产生的缺陷，可以提高太阳能电池单晶硅片表面的钝化效果，减少电池单晶硅片表面载流子的复合速率，增加了少子寿命，提高开路电压、短路电流，从而提高电池单晶硅片的电性能。
3、本发明工艺简单，易于实现，无污染。可以在常规的晶体硅太阳能电池生产过程中应用。
附图说明
图1为现有工艺制备的减反射膜的结构示意图。
图2为本发明工艺制备的减反射膜的结构示意图。
图中：1-单晶硅片，2-SixNy膜，3-SiO2膜。
具体实施方式
以下对本发明做进一步详细说明。
本发明的应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，其根本构思是：先在单晶硅片表面热生长一层SiO2膜，再在SiO2膜的表面镀上一层SixNy膜。由此形成双层减反射膜。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还通过下述步骤完成：
(1)将待处理的单晶硅片在900～950℃的氮气气氛下进行退火处理4～6分钟；
(2)将退火处理后的单晶硅片在950～1050℃的氧气气氛下进行氧化处理，使其表面生成厚度为5～10纳米的SiO2膜；
(3)在400～450℃下以硅烷和氨气为气源通过化学气相沉积，在SiO2膜表面生长一层厚度为68～72纳米的SixNy膜。
其中，步骤(2)的氧化处理时间为5～15分钟。步骤(3)的成膜时间为14～16分钟。
更为具体的
将待处理的单晶硅片在900～950℃氮气气氛下的高温炉内进行退火处理4～6分钟，N2＝15000±1500ml；然后在950～1050℃氧气气氛下进行热氧化处理5～10分钟，O2＝3000±300ml，N2＝15000±1500ml，使其表面生成厚度为5～10纳米的氧化层SiO2膜，最后使用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)系统，以硅烷和氨气为气源制备氮化硅薄膜(SixNy膜)，NH3∶SiH4＝2300±200ml∶350±30ml，压力为165Pa，温度为400～450℃，成膜时间为14～16分钟，厚度为68～72纳米。
本发明所用的单晶硅片一般是P型单晶硅片。
以下通过几个实施例进行说明。
实施例1(各数据为范围内的中间数据，请修正)
925℃氮气气氛下的高温炉内进行退火处理5分钟，N2＝15000ml；
然后在1000℃氧气气氛下进行热氧化处理8分钟，O2＝3000ml，N2＝15000ml，氧化层SiO2膜的厚度为8纳米；
最后在400℃下，以硅烷和氨气为气源通过化学气相沉积，NH3∶SiH4＝2300ml∶350ml，压力为165Pa，成膜时间为15分钟，在SiO2膜表面生长一层厚度为68纳米的氮化硅(SixNy)膜，折射率为1.97。
实施例2
900℃氮气气氛下的高温炉内进行退火处理4分钟，N2＝13500ml；
然后在950℃氧气气氛下进行热氧化处理5分钟，O2＝2700ml，N2＝13500ml，氧化层SiO2膜的厚度为5纳米；
最后在400℃下，以硅烷和氨气为气源通过化学气相沉积，NH3∶SiH4＝2100ml∶320ml，压力为165Pa，成膜时间为15分钟，在SiO2膜表面生长一层厚度为68纳米的氮化硅(SixNy)膜，折射率为1.97。
实施例3
950℃氮气气氛下的高温炉内进行退火处理6分钟，N2＝15000ml；
然后在1000℃氧气气氛下进行热氧化处理10分钟，O2＝3300ml，N2＝16500ml，氧化层SiO2膜的厚度为8纳米；
最后在450℃下，以硅烷和氨气为气源通过化学气相沉积，NH3∶SiH4＝2500ml∶380ml，压力为165Pa，成膜时间为15分钟，在SiO2膜表面生长一层厚度为68纳米的氮化硅(SixNy)膜，折射率为1.97。

Claims (4)

1.一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，其特征是：先在单晶硅片表面热生长一层SiO2膜，再在SiO2膜的表面镀上一层SixNy膜。
2.根据权利要求1所述的一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，其特征是通过下述步骤完成的：
(1)将待处理的单晶硅片在900～950℃的氮气气氛下进行退火处理4～6分钟；
(2)将退火处理后的单晶硅片在950～1050℃的氧气气氛下进行氧化处理，使其表面生成厚度为5～10纳米的SiO2膜；
(3)在400～450℃下，以硅烷和氨气为气源通过化学气相沉积，在SiO2膜表面生长一层厚度为68～72纳米的SixNy膜。
3.根据权利要求2所述的一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，其特征是所述步骤(2)的氧化处理时间为5～15分钟。
4.根据权利要求2所述的一种应用于硅太阳能电池的镀膜工艺，其特征是所述步骤(3)的成膜时间为14～16分钟。
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