CN102339872B - 一种晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜及其制备方法，属于半导体晶体硅及太阳能电池制造技术领域，本发明包括淀积在硅基衬底上的至少三层氮化硅薄膜，所述各层氮化硅薄膜的折射率从下至上呈依次减小，且各层氮化硅薄膜的厚度从下至上呈依次增大。本发明有效地提高了镀膜的钝化效果，提高了减反射膜的减反射作用，增强了减反射膜的钝化效果，提高了太阳能电池的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜及其制备方法，具体说是一种能提高太阳能电池光电转换效率的多层氮化硅减反射膜及其制备方法。
背景技术
常规的太阳能电池制备的传统工艺是：制绒清洗、扩散、刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、烧结。其中镀减反射膜工艺是在电池表面镀一层或多层光学性质匹配的减反射膜，减反射膜的制作直接影响着太阳能电池对入射光的反射率，对太阳能电池的效率的提高起着非常重要的作用。对于减反射膜还需有一定的钝化效果，以提高太阳能电池的光电转换效率。
目前大规模生产中对晶体硅太阳能电池表面采用PECVD方法镀一层氮化硅减反射膜，具有较低的减反射效果和较差的钝化效果。采用相对简单的工艺，制备出减反射效果好，钝化效果好的减反射膜成为太阳能电池研究的热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的技术存在的缺陷，提供一种晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜及其制备方法，它可有效改善单层膜与双层膜反射率高、钝化效果差的特点，能够改善PECVD镀膜效果，提高产品品质，降低反射率，增强钝化效果提高太阳能电池效率。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：所述晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜，其结构特点是，包括淀积在硅基衬底上的至少三层氮化硅薄膜，所述各层氮化硅薄膜的折射率从下至上呈依次减小，且各层氮化硅薄膜的厚度从下至上呈依次增大。
本发明将直接沉积在硅基衬底上的第一层氮化硅薄膜定义为最下层，远离硅基衬底的氮化硅薄膜为相对上层。
进一步地，根据实际需要，所述氮化硅薄膜优选共三层，包括淀积在硅基衬底表面的折射率为2.15～2.35的致密层氮化硅薄膜，淀积在致密层氮化硅薄膜上的折射率为2.0～2.2的中间层氮化硅薄膜，淀积在中间层氮化硅薄膜上的折射率为1.85～2.05的疏松层氮化硅薄膜；所述致密层氮化硅薄膜厚度为5nm～10nm，所述中间层氮化硅薄膜厚度为20nm～30nm，所述疏松层氮化硅薄膜厚度为40nm～60nm。
上述硅基衬底选自单晶衬底、多晶衬底、准单晶衬底中的一种。
进一步地，本发明提供了一种如上所述的晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜的制备方法，包括如下步骤：
1)、清洗硅基衬底，保证其表面干净无水渍；
2)、将清洗后的硅基衬底插入石墨舟后，放入PECVD设备真空室内，抽真空，并升温至350℃～500℃；
3)、当PECVD设备真空室真空达到5Pa～20Pa，保持350℃～500℃温度100s～300s后，在PECVD设备真空室通入3000～6000ml/min的NH3，使真空室的压力保持在160Pa～240Pa，保持恒压50s～300s后，保持NH3的流量为3000ml/min～6000ml/min，将高频电源功率设置为1500W～5000W，开启高频电源；
4)在PECVD设备真空室内通入流量500ml/min～900ml/min的SiH4气体和1500ml/min～3500ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底在PECVD设备真空室内放电20s～70s后停止高频放电，切断NH3气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到一层氮化硅薄膜；
5)重复步骤4)，但通入的SiH4气体流量较步骤4)小，通入NH3气体流量较步骤4)大，高频放电时间较步骤4)长，得到第二层氮化硅薄膜；
6)重复步骤5)，但通入的SiH4气体流量较步骤5)小，通入NH3气体流量较步骤5)大，高频放电时间较步骤5)长，得到第三层氮化硅薄膜；
7)、按照后一步骤相对于前一步骤通入的SiH4气体流量变小、通入NH3气体流量变大、高频放电时间增长的规律，得到相应层的氮化硅薄膜。
更进一步地，当氮化硅薄膜为三层时，在沉积准备工作结束后，三层氮化硅薄膜的制备包括如下步骤：
1)、淀积致密层氮化硅膜：在PECVD设备真空室内通入流量500ml/min～900ml/min的SiH4气体和1500ml/min～3500ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底在PECVD设备真空室内放电20～70s后停止高频放电，切断气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到致密层氮化硅薄膜，其折射率为2.15～2.35，厚度为5～10nm；
2)、淀积中间层氮化硅薄膜：在PECVD设备真空室内通入流量400ml/min～800ml/min的SiH4气体和2000～4000ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底在PECVD设备真空室内放电100～300s后停止高频放电，切断气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到中间层氮化硅薄膜，其折射率为2.0～2.2，厚度为20～30nm。
3)、淀积疏松层氮化硅膜：在PECVD设备真空室内通入流量300～600ml/min的SiH4气体和3000～5000ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底在PECVD设备真空室内放电300～500s后停止高频放电，切断气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到疏松层氮化硅薄膜，其折射率为1.85～2.05，厚度为40～60nm。
藉由上述方法，晶体硅太阳能电池三层氮化硅减反射膜的制备方法可以简述为：
1)在硅基衬底正表面淀积一层致密层氮化硅薄膜；
2)在致密层氮化硅薄膜上淀积一层中间层氮化硅薄膜；
3)在中间层氮化硅薄膜上淀积一层疏松层氮化硅薄膜；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在原来管式PECVD设备不变的条件下，采用新的工艺参数，在硅片衬底上镀制多层折射率与膜厚不同的氮化硅薄膜，具有对设备要求不高，容易实现的优点。与硅基衬底接触的第一层致密层氮化硅薄膜的钝化效果明显高于现有技术制备的氮化硅薄膜；不同折射率、不同膜厚组合的氮化硅薄膜的减反射作用明显高于常规工艺制备的氮化硅薄膜。与现有技术相比，本镀膜工艺增强了镀膜的钝化效果，降低了减反射膜的对光的反射率，从而提高太阳能电池的转换效率。采用本发明工艺制备出来的晶体硅太阳能电池，经实验证明，其光电转换效率相对现有的技术提高0.1％。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1是本发明一种实施例的系统结构示意图。
在图中：
1-硅基衬底， 2-致密层氮化硅薄膜，
3-中间层氮化硅薄膜，4-疏松层氮化硅薄膜。
具体实施方式
一种晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜，如图1所示，在硅片1的表面依次淀积致密层氮化硅薄膜2、中间层氮化硅薄膜3和疏松层氮化硅薄膜4。所述致密层氮化硅薄膜2的折射率为2.15～2.35，厚度为5～10nm；所述中间层氮化硅薄膜3的折射率为2.0～2.2，厚度为20～30nm；所述疏松层氮化硅薄膜4的折射率为1.85～2.05，厚度为40～60nm。
在本实施例中，如图1所示，所述致密层氮化硅薄膜2即为最下层，所述疏松层氮化硅薄膜4即为最上层，所述致密层氮化硅薄膜2、中间层氮化硅薄膜3和疏松层氮化硅薄膜4即构成从下至上的规律，从下至上的趋势为：折射率在变小，厚度在增大。
本发明所述的晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜的具体制备方法如下：
1)清洗多晶硅片：将二次清洗工序流至PECVD工序的硅片用甩干机甩干，保证表面干净无水渍。
2)淀积准备：将清洗后的硅片插入石墨舟后，放入PECVD设备真空室内，抽真空，并开始升温至350℃～500℃，当反应室真空达到5Pa～20Pa，保持350℃～500℃温度100s～300s后，在反应室通入3000ml/min～6000ml/min的NH3，使真空室的压力保持在160Pa～240Pa左右，保持恒压50s～300s后，保持NH3的流量为3000ml/min～6000ml/min，将高频电源功率设置为1500W～5000W，开启高频电源。
3)淀积致密层氮化硅膜：淀积准备之后，在反应室内通入流量500ml/min～900ml/min的SiH4气体和1500ml/min～3500ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，让硅片在反应室内放电20s～70s后停止高频放电，切断气体通入，将反应室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空。即得到致密层氮化硅薄膜，其折射率为2.15～2.35，厚度为5nm～10nm。
4)淀积中间层氮化硅薄膜：淀积准备之后，在反应室内通入流量400ml/min～800ml/min的SiH4气体和2000ml/min～4000ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，让硅片在反应室内放电100s～300s后停止高频放电，切断气体通入，将反应室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空。即得到中间层氮化硅薄膜，其折射率为2.0～2.2，厚度为20nm～30nm。
5)淀积疏松层氮化硅膜：在反应室内通入流量300ml/min～600ml/min的SiH4气体和3000ml/min～5000ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，让硅片在反应室内放电300s～500s后停止高频放电，切断气体通入，将反应室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空。即得到疏松层氮化硅薄膜，其折射率为1.85～2.05，厚度为40nm～60nm。
本发明有效地提高了镀膜的钝化效果，提高了减反射膜的减反射作用，增强了减反射膜的钝化效果，提高了太阳能电池的光电转化效率。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (2)
1. 一种晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜的制备方法，所述减反射膜包括淀积在硅基衬底（1）上的至少三层氮化硅薄膜，所述各层氮化硅薄膜的折射率从下至上呈依次减小，且各层氮化硅薄膜的厚度从下至上呈依次增大；其特征是，该方法包括如下步骤：
1）、清洗硅基衬底（1），保证其表面干净无水渍；
2）、将清洗后的硅基衬底（1）插入石墨舟后，放入PECVD设备真空室内，抽真空，并升温至350℃～500℃；
3）、当PECVD设备真空室真空达到5 Pa～20Pa，保持350℃～500℃温度100s～300s后，在PECVD设备真空室通入3000～6000ml/min的NH3，使真空室的压力保持在160 Pa～240Pa，保持恒压50s～300s后，保持NH3的流量为3000ml/min～6000ml/min，将高频电源功率设置为1500W～5000W，开启高频电源；
4）在PECVD设备真空室内通入流量500ml/min～900ml/min的SiH4气体和1500ml/min～3500ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500 W～5000 W并开启，硅基衬底（1）在PECVD设备真空室内放电20s～70s后停止高频放电，切断NH3气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到一层氮化硅薄膜；
5）重复步骤4），但通入的SiH4气体流量较步骤4）小，通入NH3气体流量较步骤4）大，高频放电时间较步骤4）长，得到第二层氮化硅薄膜；
6）重复步骤5），但通入的SiH4气体流量较步骤5）小，通入NH3气体流量较步骤5）大，高频放电时间较步骤5）长，得到第三层氮化硅薄膜；
7）、按照后一步骤相对于前一步骤通入的SiH4气体流量变小、通入NH3气体流量变大、高频放电时间增长的规律，得到相应层的氮化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池多层氮化硅减反射膜的制备方法，其特征是，所述氮化硅薄膜为三层，三层氮化硅薄膜的制备包括如下步骤：
1）、淀积致密层氮化硅膜：在PECVD设备真空室内通入流量500ml/min～900 ml/min的SiH4气体和1500ml/min～3500ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底（1）在PECVD设备真空室内放电20～70s后停止高频放电，切断气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到致密层氮化硅薄膜，其折射率为2.15～2.35，厚度为5～10nm；
2）、淀积中间层氮化硅薄膜：在PECVD设备真空室内通入流量400ml/min～800 ml/min的SiH4气体和2000～4000ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底（1）在PECVD设备真空室内放电100～300s后停止高频放电，切断气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到中间层氮化硅薄膜，其折射率为2.0～2.2，厚度为20～30nm；
3）、淀积疏松层氮化硅膜：在PECVD设备真空室内通入流量300～600ml/min的SiH4气体和3000～5000ml/min的NH3气体，设置高频电源功率为1500W～5000W并开启，硅基衬底（1）在PECVD设备真空室内放电300～500s后停止高频放电，切断气体通入，将PECVD设备真空室内残余气体抽干净，再充入氮气后抽空，得到疏松层氮化硅薄膜，其折射率为1.85～2.05，厚度为40～60nm。
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