CN102834933B - 性能改善的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了光致衰退特性明显改善的硅太阳能电池。本申请还公开了具有包括硼、氧和碳的硅基衬底以及包括邻近衬底的至少一个含碳层的抗反射涂层（ARC）的太阳能电池。还公开了用于制备太阳能电池的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求如下专利申请的优先权。
2009-09-18提交的题目为“SOLARCELLWITHIMPROVEDPERFORMANCE”的美国临时专利申请序列号No.61/243818；
009-09-18提交的题目为“SOLARCELLWITHSiCNFILM”的美国临时专利申请序列号No.61/243809；
2009-09-28提交的题目为“SOLARCELLSWITHIMPEOVEDLIGHTINDUCEDDEGRADATION”的美国临时专利申请序列号No.61/246403；
2009-11-27提交的题目为“SILICONSOLARCELLSWITHIMPEOVEDLIGHTINDUCEDDEGRADATIONCHARACTERISTIC”的美国临时专利申请序列号No.61/264764；
2009-12-24提交的题目为“SILICONSOLARCELLSWITHIMPEOVEDLIGHTINDUCEDDEGRADATIONCHARACTERISTIC”美国临时专利申请序列号No.61/290056；
2010-1-29提交的题目为“SUPRESSIONOFLIGHTINDUCEDDEGRADATION（LID）INB-DOPEDCZ-SISOLARCELLSBYPOLYMER”的美国临时专利申请序列号No.61/299616；
2010-1-29提交的题目为“SUPRESSIONOFLIGHTINDUCEDDEGRADATION（LID）INB-DOPEDCZ-SISOLARCELLSBYPOLYMERSICXNYFILM”的美国临时专利申请序列号No.61/299747；
2010-6-21提交的题目为“SIMPLEANDCOST-EFFECTIVEREDUCTIONOFLIGHTINDUCEDDEGRADATIONINB-DOPEDCz-SiSOLARCELLSBYSILEXIUMSiCNANTIREFLECTIVEPASSIVATIONCOATINGS”的美国临时专利申请序列号No.61/356755；以及
2010-9-03提交的题目为“SIMPLEANDCOST-EFFECTIVEREDUCTIONOFLIGHTINDUCEDDEGRADATIONINB-DOPEDCz-SiSOLARCELLSBYSILEXIUMPECVDSiCNANTIREFLECTIVEPASSIVATIONCOATINGS”的美国临时专利申请序列号No.61/380038；
在此引入其整个内容作为参考。
技术领域
本发明涉及显示改善的光致衰退特性的硅太阳能电池。本发明还涉及包括硅基衬底和抗反射以及钝化层的硅太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，并且涉及其制备方法。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅（siliconcarbonitride）层，所述层具有从1到10at.%的碳浓度、小于3at.%的氧浓度和大于14.5at.%的氢浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有大于1at.%的碳浓度，小于3at.%的氧浓度、大于10at.%的氢浓度以及大于37at.%的硅浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度；并且所述第二层包括氮化硅；或碳氮化硅，该碳氮化硅具有低于在所述第一层中的所述碳浓度的碳浓度和/或高于在所述第一层中的硅浓度的硅浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度以及小于14.5at.%的氢浓度；以及所述第二层是含氢硅基膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对第二层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度；以及所述第二层包括碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅或氧碳氮化硅，在所述第二层中的所述碳浓度大于在所述第一层中的所述碳浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述碳氮化硅层具有渐变碳浓度，碳浓度随着与发射极的距离的增加而增加，所述第一层在邻近所述衬底的第一30nm内具有小于10at.%的平均碳浓度。
根据本发明的另一方面，提供了包一种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅基衬底以及一个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面以及所述一个或多个抗反射和钝化层与所述两个主表面中的一个或两个邻近，以及在所述衬底中在邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面处的碳浓度大于在所述衬底内的与两个主表面等距的深度处的碳浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于减少具有衬底的太阳能电池的光致衰退的方法，所述方法包括：在所述衬底上提供包含碳的抗反射涂层（ARC）并且允许碳从所述ARC向所述衬底扩散。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于形成太阳能电池的抗反射涂层的方法，所述方法包括：将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到太阳能电池衬底上。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制备包括碳掺杂硅衬底的硅太阳能电池的方法，所述方法包括：在所述硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射涂层和钝化层，以便碳从所述层向所述衬底中扩散。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于约5%的初始内量子效率（IQE）的减少。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率（IQE）的减少。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率（IQE）的减少。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率（IQE）基本没有减少。
结合通过实例示出本发明的实施例的附图的下述描述，将明白本发明的上述和其它特征和优点。
附图说明
参考后面的附图讨论本发明的实施例：
图1a到1g示出了在变化照射时长后测量的SiCxNy和SiNx太阳能电池的Voc、Jsc、填充因子、Rs、理想因子以及效率。
图2a示出了在变化照射时长后测量的在0.9Ω.cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的效率。
图2b示出了在照射前和照射后在0.9Ω.cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的光谱响应。
图3a示出了在变化照射时长后测量的在2Ω.cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的效率。
图3b示出了在照射前和照射后在2Ω.cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的光谱响应。
图4a和4b示出了SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图5示出了具有1Ohm.cm的体电阻的衬底、72Ohm/sq发射极和26.8ppm的氧的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图6示出了具有3Ohm.cm的体电阻的衬底、53Ohm/sq发射极和24.2ppm的氧的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图7示出了具有5Ohm.cm的体电阻的衬底、73Ohm/sq发射极和17.3ppm的氧的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图8示出了具有0.96Ohm.cm的体电阻的衬底和65Ohm/sq发射极的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图9示出了具有3Ohm.cm的体电阻的衬底和60Ohm/sq发射极的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图10示出了用3MS前体在衬底上沉积的SiCN膜的FTIR光谱。
图11示出了具有2Ohm.cm的体电阻的衬底的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率（IQE）。
图12示出了在发射极形成后，在第一照射或最终的太阳能电池之后，在电池的第一次加热之后，在电池的第二照射之后和电池的第二次加热之后，SiCN涂敷和SiN涂敷的Cz晶片的体寿命的变化。
图13a和13b示出了在硅衬底上的SiCxNy和SiNx层的SIMS测量。
图14示出了在SiCxNy和SiNx层以及在其上沉积它们的硅衬底中的碳含量的评估。
图15示出了在照射电池之后关于观察的SiNx太阳能电池的损耗的在不同衬底上制备的SiCxNy太阳能电池的相对效率损耗。
图16示出了用不同的工艺获得的SiCxNy和SiNx膜的密度和折射率。
图17示出了不同硅衬底上的SiN和SiCN太阳能电池在照射后效率的绝对变化。
图18示出了不同硅衬底上的SiN和SiCN太阳能电池在照射后Voc（中间值）的绝对损耗。
图19示出了不同硅衬底上的SiN和SiCN太阳能电池在照射后Voc（全部值）的绝对损耗。
图20示出了用不同的沉积设备制备的SiCxNy和SiNx太阳能电池的Jsc和Voc。
图21a-21d示出了用不同的沉积设备制备的SiCxNy和SiNx的表面。
图22a-22f示出了具有从三甲基硅烷制备的SiCxNyARC的太阳能电池以及具有SiNxARC的太阳能电池在改变照射时长之后Voc、Jsc、FF、效率、R串联（Rseries）和R分流（Rshunt）的变化。
图23示出了从有机硅前体制备的SiCN膜中的碳浓度和氢浓度之间的关系。
图24示出了SiN和SiCN膜的折射率与在其制备中使用的气态前体中发现的硅烷对甲烷的比率之间的关系。
图25示出了具有SiN和SiCN抗反射涂层的太阳能电池的有效寿命与在其制备中使用的气态前体中发现的硅烷对甲烷的比率之间的关系。
图26示出了由有机硅烷制备的SiN太阳能电池、SiCN太阳能电池和由硅烷和甲烷制备的SiCN太阳能电池（SiCN＊）在照射后的Voc的损耗。
图27示出了由有机硅烷制备的SiN太阳能电池、SiCN太阳能电池和由硅烷和甲烷制备的SiCN太阳能电池（SiCN*）在照射后效率的损耗。
图28a-d分别示出了具有由四甲基硅烷或硅烷制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc和FF。
图29a-d分别示出了具有由四甲基硅烷、由PDMS或由硅烷制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc和FF。
图29e提供了在烧制工艺之前和之后具有由硅烷或四甲基硅烷制备的抗反射涂层的太阳能电池的Joe测量的比较。
图30a-d分别示出了具有由四甲基硅烷、由PDMS、由硅烷或者由硅烷和四甲基硅烷的混合物制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc和FF。
图31a-f分别示出了具有由硅烷制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc、FF、R串联和R分流。
图32示出了通过由硅烷制备的单层抗反射涂层制备的太阳能电池以及由四甲基硅烷（层1）和硅烷（层2），四甲基硅烷/甲烷（层1）和硅烷（层2）或硅烷（层1）和四甲基硅烷（层2）制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc、FF、R串联和R分流。
图33a-c分别示出了在不同硅衬底上制备的包括由硅烷制备的单层抗反射涂层或由四甲基硅烷（层1）和硅烷（层2）、四甲基硅烷/甲烷（层1）和硅烷（层2）或硅烷（层1）和四甲基硅烷（层2）制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的Voc、Jsc和效率。
图34a-d示出了在SC30硅衬底上制备的具有有硅烷制备的单层抗反射涂层或由四甲基硅烷（层1）和硅烷（层2）、四甲基硅烷/甲烷（层1）和硅烷（层2），或硅烷（层1）和四甲基硅烷（层2）制备的双层抗反射涂层的太阳能电池在照射期间的Voc、Jsc、效率和填充因子测量。
图35示出了在SC30硅衬底上制备的具有由硅烷制备的单层抗反射涂层或由四甲基硅烷（层1）和硅烷（层2）、四甲基硅烷/甲烷（层1）和硅烷（层2）或硅烷（层1）和四甲基硅烷（层2）制备的双层抗反射涂层的太阳能电池在照射期间的Voc、Jsc和效率测量。
图36示出了由四甲基硅烷（4MS）、硅烷（SiN）或四甲基硅烷和硅烷的混合物（混合）制备的抗反射层的碳浓度和折射率之间的关系。
图37示出了由四甲基硅烷（4MS），硅烷（SiN）或四甲基硅烷和硅烷的混合物（混合）制备的抗反射层的碳浓度、氢浓度与折射率之间的关系。
图38示出了由四甲基硅烷（4MS），硅烷（SiN）或四甲基硅烷和硅烷的混合物（混合）制备的抗反射层的碳浓度和氢浓度之间的关系。
图39示出了SiCxNy和SiNx太阳能电池的暗I-V特性。
图40a-40d示出了在具有SiCxNy和抗反射涂层的太阳能电池上形成的Ag接触的SEM图的横截面。
图41示出了用于在太阳能电池上形成欧姆接触的烧制分布。
具体实施方式
下面列出了本发明的不同实施例：
1、一种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于约5%的初始内量子效率（IQE）的减少。
2.一种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率（IQE）的减少。
3、一种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率（IQE）的减少。
4.一种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率（IQE）基本没有减少。
5.根据实施例1到4的任意一个的太阳能电池，其中硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物（complexes）。
6.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为1×1015原子/cm3或更高。
7.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为1×1016原子/cm3或更高。
8.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为1×1017原子/cm3或更高。
9.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为2.5×1017原子/cm3或更高。
10.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳（mobilecarbon）的量足够基本上减少在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物。
11.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物基本上减少50%或更多。
12.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物基本上减少60%或更多。
13.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后，在衬底中形成的硼氧络合物基本上减少75%或更多。
14.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳的量足够基本上避免在照射太阳能电池后在衬底中形成硼氧络合物。
15.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中可移动碳的浓度基本上等于或大于在衬底中的硼浓度的一半。
16.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中可移动碳的浓度基本上等于或大于在衬底中的硼浓度。
17.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为5×1015原子/cm3或更高。
18.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为5×1016原子/cm3或更高。
19.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为1×1017原子/cm3或更高。
20.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为1×1018原子/cm3或更高。
21.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有两个主表面，并且其中所述碳的浓度随着在衬底中的深度的增加而变化。
22.根据实施例1到9的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有两个主表面，并且其中所述碳的浓度从所述主表面中的至少一个随着衬底中的深度增加而减小。
23.根据实施例21或22的太阳能电池，其中对于至少第一50nm，随着衬底中远离主表面中的至少一个的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。
24.根据实施例21的太阳能电池，其中在所述两个主表面的一个或两个处，衬底中的碳浓度为1×1018原子/cm3或更高。
25.根据实施例21或22的太阳能电池，其中在所述两个主表面的一个或两个处，衬底中的碳浓度为1×1019原子/cm3或更高。
26.根据实施例21或22的太阳能电池，其中在所述两个主表面的一个或两处，衬底中的碳浓度为1×1020原子/cm3或更高。
27.根据实施例21到26的任意一个的太阳能电池，其中在距离所述两个主表面的至少一个的300nm的深度处，衬底中的碳浓度大于5×1016原子/cm3。
28.根据实施例21到26的任意一个的太阳能电池，其中在距离所述两个主表面的至少一个200nm的深度处，衬底中的碳浓度大于5×1016原子/cm3。
29.根据实施例21到26的任意一个的太阳能电池，其中在距离所述两个主表面的至少一个60nm的深度处，碳浓度大于5×1016原子/cm3。
30.根据实施例1到29的任意一个的太阳能电池，其中还包括抗反射和钝化层，所述层包括碳氮化硅。
31.根据实施例30的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从0.5到15%的碳。
32.根据实施例30的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从5到10%的碳。
33.根据实施例30的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从6到8%的碳。
34.根据实施例30的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层至少包括第一碳氮化硅层和第二碳氮化硅层，
所述第一碳氮化硅层与所述衬底邻近并具有小于10at%的碳的碳浓度，以及
所述第二碳氮化硅层在所述第一碳氮化硅层顶部并且具有大于所述第一碳氮化硅层的碳浓度的碳浓度。
35.根据实施例34的太阳能电池，其中所述第一层具有小于约100nm的厚度，例如小于约30nm的厚度和/或所述第二层具有从约10nm到约100nm的厚度，例如约50nm的厚度。
36.根据实施例34或35的太阳能电池，其中通过三甲基硅烷或四甲基硅烷的PECVD沉积所述第一碳氮化硅层。
37.根据实施例1到36的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有损伤。
38.根据实施例1到36的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有离子注入损伤。
39.根据实施例1到38的任意一个的太阳能电池，其中通过Czochralski法制备所述衬底。
40.根据实施例1到38的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底是多晶硅硅衬底。
41.根据实施例1到38的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底是升级冶金级硅衬底。
42.根据实施例1到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从2到6Ω·cm的体电阻率。
43.根据实施例1到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于2Ω·cm的体电阻率。
44.根据实施例1到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约1.5Ω·cm的体电阻率。
45.根据实施例1到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约1Ω·cm的体电阻率。
46.根据实施例1到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从约0.1Ω·cm到约1Ω·cm之间的体电阻率。
47.根据实施例30到46的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2.4g/cm3的密度。
48.根据实施例47的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2.8g/cm3的密度。
49.根据实施例47的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有从2.4到3.0g/cm3的密度。
50、一种太阳能电池，所述电池包括：
硅基衬底，包括硼、氧和碳，以及
一个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面并且所述一个或多个抗反射和钝化层与所述两个主表面的一个或两个邻近，并且在所述衬底中在邻近所述抗反射和钝化层的主表面处的碳浓度大于在衬底内的与主表面等距的深度处的碳浓度。
51.根据实施例50的太阳能电池，其中在所述抗反射和钝化层中与所述抗反射和钝化层和所述衬底之间的边界相距预定距离处的所述碳的浓度等于或超过所述衬底中的与所述边界相距相同距离处的所述碳的浓度并且其中随着距离所述边界的深度的增加在衬底中的所述碳浓度逐渐减小。
52.根据实施例50或51的太阳能电池，其中对于至少第一50nm，随着在所述衬底中离开邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。
53.根据实施例50到52的任意一个的太阳能电池，其中硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物。
54.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为1×1015原子/cm3或更高。
55.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为1×1016原子/cm3或更高。
56.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为1×1017原子/cm3或更高。
57.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为2.5×1017原子/cm3或更高。
58.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳的量足够基本上减少在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物。
59.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少50%或更多，。
60.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少60%或更多。
61.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少75%或更多。
62.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳的量足够基本上避免在照射太阳能电池后在衬底中形成硼氧络合物。
63.根据实施例50到62的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中可移动碳的浓度在50nm深度处基本上等于或大于在衬底中的硼的浓度。
64.根据实施例50到63的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中在30nm的深度处的碳的浓度为5×1017原子/cm3或更大。
65.根据实施例50到63的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中在30nm的深度处的碳的浓度为1×1018原子/cm3或更大。
66.根据实施例50到65的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中邻近所述抗反射和钝化层的所述碳浓度为1×1018原子/cm3或更大。
67.根据实施例50到65的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中邻近所述抗反射和钝化层的所述碳浓度为1×1019原子/cm3或更大。
68.根据实施例50到65的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中邻近所述抗反射和钝化层的所述碳浓度为1×1020原子/cm3或更大。
69.根据实施例50到68的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有损伤。
70.根据实施例50到68的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有离子注入损伤。
71.根据实施例50到70的任意一个的太阳能电池，其中通过Czochralski法制备所述衬底。
72.根据实施例50到70的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底是多晶硅硅衬底。
73.根据实施例50到70的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底是升级冶金级硅衬底。
74.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从2到6Ω·cm的体电阻率。
75.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于2Ω·cm的体电阻率。
76.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约1.5Ω·cm的体电阻率。
77.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约1Ω·cm的体电阻率。
78.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从约0.1Ω·cm到约1Ω·cm之间的体电阻率。
79.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从0.5到15%的碳。
80.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从5到10%的碳。
81.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从6到8%的碳。
82.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层至少包括第一碳氮化硅层和第二碳氮化硅层，
所述第一碳氮化硅层邻近所述衬底并具有小于10at%的碳的碳浓度，以及
所述第二碳氮化硅层在所述第一碳氮化硅层顶部并具有大于所述第一碳氮化硅层的碳浓度的碳浓度。
83.根据实施例82的太阳能电池，其中所述第一层具有小于约100nm的厚度，例如小于约30nm的厚度和/或所述第二层具有从约10nm到约100nm的厚度，例如约50nm的厚度。
84.根据实施例82或83的太阳能电池，其中通过三甲基硅烷或四甲基硅烷的PECVD沉积所述第一碳氮化硅层。
85.根据实施例50到84的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2.4g/cm3的密度。
86.根据实施例85的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2.8g/cm3的密度。
87.根据实施例85的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有从2.4到3.0g/cm3的密度。
88.根据实施例50到87的任意一个的太阳能电池，其包括来自具有在约450℃和约850℃之间的，例如在约525℃和约725℃之间的有效烧制温度的浆糊（paste）的一个或多个金属接触。
89.一种用于制备包括碳掺杂的硅衬底的硅太阳能电池的方法，所述方法包括：在所述硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射和钝化层，以便碳从所述层向所述衬底中扩散。
90.根据实施例89的方法，其中所述抗反射和钝化层还包括氧、氮或氧和氮两者。
91.根据实施例89或90的方法，其中所述硅衬底包括硼和氧。
92.根据实施例91的方法，其中硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物。
93.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为1×1015原子/cm3或更高。
94.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为1×1016原子/cm3或更高。
95.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为1×1017原子/cm3或更高。
96.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为2.5×1017原子/cm3或更高。
97.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中扩散进入衬底的碳的量足够减少在以约1000W/m2照射所述衬底后在衬底中的硼氧络合物的形成。
98.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中扩散进入衬底的移动碳的量足够减少在以约1000W/m2照射所述衬底后在衬底中的硼氧络合物的形成。
99.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，扩散的碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少50%或更多。
100.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，扩散的碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少60%或更多。
101.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，扩散的碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少75%或更多。
102.根据实施例89到101的任意一个的方法，其中通过Czochralski法制备所述衬底。
103.根据实施例89到101的任意一个的方法，其中所述衬底是多晶硅硅衬底。
104.根据实施例89到101的任意一个的方法，其中所述衬底是升级冶金级硅衬底。
105.根据实施例89到104的任意一个的方法，其中碳在所述掺杂衬底中的分布是不对称的，在邻近在所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的所述界面的所述衬底的表面附近的碳浓度较高。
106.根据实施例105的方法，其中对于至少第一50nm，随着在衬底中远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。
107.根据实施例89到106的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中的碳浓度在远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的50nm深度处基本上等于或大于在衬底中的硼的浓度。
108.根据实施例89到106的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中的碳浓度在远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的30nm深度处为5×1017原子/cm3或更大。
109.根据实施例89到106的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中的碳浓度在远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的30nm深度处为1×1018原子/cm3或更大。
110.根据实施例89到20的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中邻近所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的碳浓度为1×1018原子/cm3或更大。
111.根据实施例89到110的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中邻近所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的碳浓度为1×1019原子/cm3或更大。
112.根据实施例89到110的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中邻近所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的扩散碳的浓度为1×1020原子/cm3或更大。
113.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有从2到6Ω·cm的体电阻率。
114.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有小于2Ω·cm的体电阻率。
115.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有小于约1Ω·cm的体电阻率。
116.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有从约0.1Ω·cm到约1Ω·cm之间的体电阻率。
117.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述抗反射和钝化层包括碳氮化硅。
118.根据实施例117的方法，其中所述抗反射和钝化层包括从0.5到15%的碳。
119.根据实施例117的方法，其中所述抗反射和钝化层包括从5到10%的碳。
120.根据实施例117的方法，其中所述抗反射和钝化层包括从6到8%的碳。
121.根据实施例117到120的任意一个的方法，其中所述抗反射和钝化层至少包括第一碳氮化硅层和第二碳氮化硅层，
所述第一碳氮化硅层邻近所述衬底并且具有小于10at%的碳的碳浓度，以及
所述第二碳氮化硅层在所述第一碳氮化硅层顶部并且具有大于所述第一碳氮化硅层的碳浓度的碳浓度。
122.根据实施例121的方法，其中所述第一层具有小于约100nm的厚度，例如小于约30nm的厚度和/或所述第二层具有从约10nm到约100nm的厚度，例如约50nm的厚度。
123.根据实施例121或122的方法，其中通过三甲基硅烷或四甲基硅烷的PECVD沉积所述第一碳氮化硅层。
124.根据实施例121或123的方法，其中所述抗反射和钝化层具有大于2.4g/cm3的密度。
125.根据实施例121或124的方法，其中所述抗反射和钝化层具有大于2.8g/cm3的密度。
126.根据实施例121或124的方法，其中所述抗反射和钝化层具有从2.4到3.0g/cm3的密度。
127.根据实施例117或120的任意一个的方法，其中通过例如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）的化学气相沉积（CVD）沉积所述层。
128.根据实施例117或120的任意一个的方法，其中通过热丝（hot-wire）化学气相沉积技术沉积所述层。
129.根据实施例117或120的任意一个的方法，其中通过包括a）一种或多种气态单硅有机硅烷和b）含氮气体的气态混合物的PECVD沉积所述层。
130.根据实施例129的方法，其中一种或多种气态单硅有机硅烷是甲基硅烷。
131.根据实施例129的方法，其中一种或多种气态单硅有机硅烷是二甲基硅烷。
132.根据实施例129的方法，其中一种或多种气态单硅有机硅烷是三甲基硅烷。
133.根据实施例129的方法，其中一种或多种气态单硅有机硅烷是四甲基硅烷。
134.根据实施例129的方法，其中一种或多种气态单硅有机硅烷包括甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷和四甲基硅烷中的两个或更多的混合物。
135.根据实施例129的方法，其中气态混合物包括从1到5wt%的甲基硅烷，从40到70wt%的二甲基硅烷，从1到5wt%的三甲基硅烷，从30到70wt%的氢以及从5到15wt%的甲烷。
136.根据实施例135的方法，其中所述气态混合物还包括四甲基硅烷。
137.根据实施例134、135或136的方法，其中所述气态混合物还包括气态有机二硅物种（di-siliconspecies）。
138.根据实施例129到137的的任意一个的方法，其中通过固体有机硅烷源的热解获得所述一种或多种气态单硅有机硅烷。
139.根据实施例138的方法，其中所述固体有机硅烷源是聚二甲基硅烷、聚羧甲基硅烷、三苯基硅烷或九甲基三硅氮烷（nonamethyltrisilazane）。
140.根据实施例129到139的的任意一个的方法，其中所述含氮气气体是NH3或N2。
141.根据实施例129到140的的任意一个的方法，其中所述气态混合物通过以流量比（a:b）为10:1到1:50（例如从1:5到1:15或从1:6.6到1:15）组合（a）一种或多种气态单硅有机硅烷和（b）含氮气体而形成。
142.根据实施例129到141的的任意一个的方法，还包括在沉积前组合气态混合物与反应气体的步骤。
143.根据实施例142的方法，其中所述反应气体是O2、O3、CO、CO2或其组合。
144.根据实施例129到141的的任意一个的方法，其中所述等离子体增强化学气相沉积是射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）、低频等离子体增强化学气相沉积（LF-PECVD）、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）、感应耦合等离子体增强化学气相沉积（ICP-PECVD）、等离子束源等离子体增强化学气相沉积（PBS-PECVD）、低、中或高频平行板化学气相沉积、热膨胀化学气相沉积、微波激发等离子体增强化学气相沉积或其组合。
145.根据实施例89到144的的任意一个的方法，其中通过加热所述衬底以及所述抗反射和钝化层到从约450℃到约1000℃(例如从约450℃到约850℃)的温度实现所述扩散。
146.根据实施例145的方法，其中所述加热保持至少1分钟，例如从约1到3分钟。
147.根据实施例89到144的的任意一个的方法，其中所述太阳能电池还包括一个或多个金属接触，并且其中一个或多个金属接触的形成和从所述抗反射和钝化层向所述衬底的碳扩散在单个步骤中发生。
148.根据实施例147的方法，在从约450℃到约850℃，例如从约575℃到约725℃的温度下形成金属接触。
149.根据实施例147或148的方法，其中使用包括铝或银与可选的铅的浆糊形成所述接触。
150.一种用于减少具有衬底的太阳能电池的光致衰退的方法，所述方法包括：在所述衬底上提供包含碳并且允许碳从所述ARC向所述衬底扩散的抗反射涂层（ARC）。
151.根据实施例150的方法，其中所述衬底包括硅、硼和氧。
152.一种太阳能电池，所述电池包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，
所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有从1到10at.%的碳浓度，小于3at.%的氧浓度和大于14.5at.%的氢浓度。
153.根据实施例152的太阳能电池，其中所述碳氮化硅层具有小于7at.%，小于5at.%或4at.%的碳浓度；和/或大于15at.%，大于15.5at.%或大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%或大于37at.%的硅浓度。
154.一种太阳能电池，所述电池包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，
所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有大于1at.%的碳浓度，小于3at.%的氧浓度和大于10at.%的氢浓度以及大于37at.%的硅浓度。
155.根据实施例154的太阳能电池，其中所述碳氮化硅层具有小于50at.%，小于40at.%，小于30at.%，小于20at.%，小于10at.%，小于7at.%，小于5at.%，小于4at.%的碳浓度；和/或大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%，大于16at.%的氢浓度。
156.一种太阳能电池，所述电池包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度；以及
所述第二层包括氮化硅；或碳氮化硅，所述碳氮化硅具有低于在所述第一层中的所述碳浓度的碳浓度和/或高于在所述第一层中的硅浓度的硅浓度。
157.根据实施例156的太阳能电池，其中
所述第一层具有小于7at.%，小于5at.%或小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或大于16at.%的氢浓度，和/或大于30at.%，大于35at.%或大于37at.%的硅浓度，以及
所述第二层包括氮化硅或碳氮化硅，该碳氮化硅具有小于7at.%，小于5at.%或小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%或大于37at.%的硅浓度。
158.一种太阳能电池，所述电池包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度和小于14.5at.%的氢浓度；以及
所述第二层是含氢硅基膜。
159.根据实施例158的太阳能电池，其中
所述第一层具有小于7at.%，小于5at.%或小于4at.%的碳浓度；从10at.%到14at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%或大于37at.%的硅浓度。
160.根据实施例158或159的太阳能电池，其中所述第二层包括，氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅、氧碳氮化硅或氧氮化硅。
161.根据实施例158到160的任意一个的太阳能电池，其中在所述第二层中的所述氢浓度大于在所述第一层中的所述氢浓度。
162.一种太阳能电池，所述电池包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度；以及
所述第二层包括碳化硅，或碳氮化硅，氧碳化硅或氧碳氮化硅，在所述第二层中的碳浓度大于在所述第一层中的碳浓度。
163.根据实施例162的太阳能电池，其中
所述第一层具有小于7at.%，小于5at.%或小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%或大于37at.%的硅浓度，以及
所述第二层具有小于50at.%，小于40at.%，小于30at.%，小于20at.%，小于10at.%，小于7at.%，小于5at.%，小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%或大于37at.%的硅浓度。
164.根据实施例152到155的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射涂层具有从10到100nm，从10到80nm，从20到80nm或从30到80的厚度。
165.根据实施例156到163的任意一个的太阳能电池，其中所述第一层具有从10到50nm，从20到40nm或约30nm的厚度；并且所述第二层具有从10到100nm，从20到90nm，从30到70nm，从40到60nm或约50nm的厚度。
166.一种太阳能电池，所述电池包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，
所述碳氮化硅层具有渐变碳浓度，碳浓度随着与发射极的距离的增加而增加，所述第一层在邻近衬底的第一30nm内具有小于10at.%的平均碳浓度。
167.根据实施例152到166的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底包括在其表面处的邻近所述抗反射涂层的界面匹配层，。
168.根据实施例167的太阳能电池，其中所述界面匹配层具有约5nm或更小的厚度并且由氧化铝、氧化硅、氮化硅或其组合构成。
169.一种用于形成太阳能电池的抗反射涂层的方法，所述方法包括将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物的沉积到太阳能电池衬底上。
170.根据实施例169的方法，其中基于体积流量的硅烷与有机硅烷的比率为大于4:1，大于9:1或约19：1.
171.根据实施例169或170的方法，其中所述气态前体还包括氮源，例如氨或N2。
172.根据实施例169到171的任意一个的方法，其中所述有机硅烷包括甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或其组合。
173.根据实施例169到171的任意一个的方法，其中所述气态前体混合物包括硅烷、四甲基硅烷和氨。
174.根据实施例169到173的任意一个的方法，其中通过化学气相沉积或通过基于等离子体的化学气相沉积进行所述沉积。
175.根据实施例174的方法，其中所述基于等离子体的化学气相沉积是等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）、感应耦合等离子体增强化学气相沉积（ICP-PECVD）、等离子束源等离子体增强化学气相沉积（PBS-PECVD）或其组合。
下面将进一步描述本发明的这些和其它实施例。
光致衰退
太阳能电池的光致衰退（LID）指的是载流子寿命在照射太阳能电池后的衰退，此衰退导致电池性能的损耗。在包括包含硼和氧原子的硅衬底的太阳能电池中经常观察到LID。虽然没有从理论上界定，但是相信寿命衰退不是源于由光子直接产生的缺陷，而是因为在照射下间隙硼氧化物络合物的形成（参见，例如Schmidt等人的PhysicalReviewB69,024107（2004））。因此LID被认为与材料中的硼和氧的浓度相关。如本申请所述，改善的光致衰退特性表现为照射后电池性能损耗的减小。
硅衬底的电阻率与在其上制备的太阳能电池性能有联系。Brody等人（BulkResistivityOptimizationforLow-Bulk-lifetimeSiliconSolarCell,Prog.Photovolt:Res.Appl.2001;9:273-285）通过模拟示出，Czochralski法（Cz）硅的理想掺杂是0.2Ω·cm。对于通过Cz法制备的单晶硅衬底，增加硼的浓度通常用来获得更低的电阻率。然而，因为在晶体生长过程期间硅坩锅的部分溶解，衬底中的大的氧浓度（例如，从约5×1017到约5×1018）实际上是不可避免的。作为结果，获得低电阻率所要的硼原子的浓度为当氧原子同样存在于衬底中时，在照射制造的太阳能电池时发生显著的光致衰退。
基于上述理解，推荐几种用于降低Cz-Si太阳能电池的寿命衰退的方法，最有希望的是：（i）用如Ga的其它掺杂元素替代B，（ii）降低Cz材料中的氧浓度以及（iii）降低B掺杂的浓度。然而，一般地Ga掺杂Si太阳能电池显示比B掺杂Si太阳能电池更加欠稳定的效率，而降低的氧浓度（可以通过使用磁性生长的MCz-Si获得）要求更高的能量消耗。因此，太阳能电池产品经常使用更高电阻的Cz晶片（2-6Ω·cm）（即，降低的硼浓度）以减轻制备的太阳能电池的LID。
这里公开的硅太阳能电池显示增强的LID特性，该增强不涉及从硅衬底减少或消除硼和/或氧。
相信在硅衬底中存在碳可以降低硼氧络合物的形成，从而降低照射时太阳能电池的退化。虽然没有从理论上界定，但是相信这样的过程通过碳和氧的络合导致了碳/氧络合物和硼氧络合物的形成之间的直接竞争。通过光暴露驱动氧二聚物在硅晶格中扩散并且被碳或硼两者俘获产生Cs-O2i和B-O2i络合物。前者不是复合中心，而后者是。因此在存在碳时，Cs-O2i的形成降低了B-O2i亚稳态络合物的形成，因为氧含量是固定的。因为Cs-O2i的形成与限制寿命的B-O2i络合物的形成直接竞争，SiCxNy涂敷的Si太阳能电池与SiNx涂敷的电池比较降低了LID。
另外，相信在硅衬底中的碳的性质可以影响碳与氧络合的能力，因此降低B-O络合物的形成。当从制造工艺开始在衬底中存在碳时，这些碳倾向于是替位的，即替位硅原子的四价化合的碳。此类型的碳不足以在衬底中移动以基本上减少B-O络合物的形成。然而，在之后是接触烧制（即峰值温度在约750-850℃）的PECVDSiCxNy膜的沉积（即，在400-500℃时）期间，期望在SiCxNy膜中的碳原子扩散到Si太阳能电池的界面（发射极区域）并且进入体（基极区域）。
碳向硅扩散可以使用间隙机制（参见，Scholz等人的，APPLIEDPHYSICSLETTERSVOLUME74，NUMBER3,18JANUARY1999），但是扩散依赖于空位浓度。注意，在参考文献中，除非有竞争过程，间隙碳原子的扩散可以很快，并且在存在硼的时候观察到了实验结果和间隙扩散模型之间的明显差异，该差异要求建模空位的存在（Frank-Turnbull机制）。虽然没有从理论上界定，但是相信为了获得改善的LID，不需要高浓度的碳，因为其仅必须主要与结区域中的剩余间隙氧竞争，此处主要产生少子的大多数，即碳可以在衬底中扩散的更深，但是在表面附近其影响可能更高。
根据这里提供的结果，发现在衬底上的含碳的抗反射和钝化涂层（这里指简写为“ARC”）的存在减少了最终的太阳能电池的LID。确认没有外部的碳从由硅烷和氨生长的常规SiNx膜扩散进入硅衬底很重要。
因此本申请，一方面涉及在衬底中包括碳的太阳能电池，该碳是可移动的，即在硅衬底的晶格中未受到较强的束缚。在一个实施例中，通过将碳扩散到衬底中来提供该可移动碳，例如通过在硅衬底上沉积含碳膜的方式。可以通过适当选择含碳膜增强这样的碳扩散，以便膜含有足够浓度的碳原子，在用于沉积膜的加热条件下和随后制造太阳能电池的烧制步骤下能够扩散。
改善的光致衰退的特性
关于各种电池性能参数定义增强的光致衰退的特性。在一个实施例中，关于内量子效率（IQE）、外量子效率（IQE）、Voc比率、Jsc、Jo、JoE和填充因子中的一个或多个来定义改善的光致衰退的特性。由于在本质上比较改善的光致衰退的特性，即他们指从照射前到照射后，变量的变化的减小，对“初始”参数例如“初始IQE”的引用指在构建太阳能电池时测量的所关注的参数的值。下面描述硅太阳能电池的性能参数的选择。
●转换效率
太阳能电池的能量转换效率是指当太阳能电池与电路连接后，转换的（从吸收的光到电能）并收集的功率的百分比。标准测试条件（STC）指定温度为25℃并且具有气体质量1.5（AM1.5）光谱的辐射为1000W/m2。此对应于在晴天时入射的太阳光的光谱，其中入射在面向太阳的37°倾斜表面上，太阳在地平线之上的41.81°的角度处。此条件近似代表在大陆美国的春夏之交附近中午时的太阳，电池的表面指向太阳。因此，在这些条件下，期望在100cm2（0.01m2）的表面区域上的效率为12%的太阳能电池产生约1.2瓦特的功率。
太阳能电池的损耗可以分解为反射损耗、热力学效率、复合损耗和电阻损耗。总的效率是每一个分立损耗的乘积。因为直接测量这些参数很困难，代之以其它参数，例如：量子效率、Voc比率、Jsc、Jo、JoE和填充因子。反射损耗是在“外量子效率”下的量子效率的一部分。复合损耗构成量子效率、Voc比率和填充因子（FF）的一部分。电阻损耗主要归到填充因子下，但是还构成量子效率和Voc比率一小部分。
在本申请的一个实施例中，太阳能电池具有14%或更大，15%或更大，16%或更大或者17%或更大的效率。
量子效率
当光子被太阳能电池吸收时，其转化为电子空穴对。然后，此电子空穴对迁移到太阳能电池的表面并且对电池产生的电流做出贡献；这样的载流子被收集。可选地，载流子释放能量并且再次变为与太阳能电池中的原子结合而没有到达表面；这称为复合，并且复合的载流子不对电流的产生做出贡献。
量子效率指当电池在短路条件下操作时，转化为电流的光子的百分比（即，被收集的载流子）。量子效率可以通过下述方程量化：
量子效率=Jsc·Voc·FF/Pin
外量子效率是入射光子转化为电流的部分，而内量子效率是吸收的光子转化为电流的部分。数学上，内量子效率与外量子效率通过太阳能电池的反射关联；假定完美的抗反射涂层，他们两者相同。
在一个实施例中，本发明的太阳能电池的增强的LID表现为，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后在400到1000nm之间的任意给定波长处的初始内量子效率（IQE）的减少不大于约5%。在另一个实施例中，增强的LID表现为，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后的在400到1000nm之间的任意给定波长处的初始内量子效率（IQE）的减少不大于约2%。在另一个实施例中，增强的LID表现为在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后的在400到900nm之间的任意给定波长处的初始内量子效率（IQE）的减少不大于约2%。在另一个实施例中，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，增强的LID表现为基本上没有观察到在400到900nm之间的任意给定波长处的初始内量子效率（IQE）的减少。
Voc比率
Voc依赖于Jsc和JoE，其中Jsc是短路电流密度，JoE是发射极饱和电流密度。特定地，Voc=（KT/q）·ln（Jsc/JoE+1）。JoE依赖于俄歇复合损耗、缺陷相关复合损耗和发射极的掺杂水平。因为复合，电池的开路电压（Voc）低于电池的带隙电压（Vg）。因为光子的能量必须处于或高于带隙以产生载流子对，低于带隙电压的电池电压表示损耗。此损耗表示为Voc与Vg的比率。
最大功率点
太阳能电池可以在宽电压（V）和电流（I）范围内操作。通过将被辐射的电池的阻性负载从零（短路）连续增加到很高的值（开路），可以确定最大功率点，最大V×I的点；即，在此辐射水平处电池可以输出最大电功率的负载（在短路和开路极端情况下输出功率都为零）。
填充因子和R分流
在太阳能电池的整体特性的另一限定术语是填充因子（FF）。填充因子是实际获得的功率（最大功率点）与理论获得的功率（基于开率电压（Voc）和短路电流（Isc））的比值。因此填充因子定义为（VmpImp）/（Voc/Isc）其中Imp和Vmp表示在最大功率点处的电流密度和电压。
R分流同样指示电池性能，因为当分流电阻降低时，对于给定水平的结电压，经分流电阻转移的电流增加，导致端子电流I的显著下降和Voc轻微下降。很低的RsH的值将使Voc明显下降。与在高串联电阻的情况下相似，未良好分流的太阳能电池将呈现类似于电阻器的操作特性。当组合太阳能电池形成模块时，在模块中的分立电池的低电池分流电阻（shuntresistance）引起场中的整个模块的衰退。一般地，具有更高分流电阻电池的模块性能好于常规模块特别是在低照射和有云条件下。
高填充因子值和高R分流值一起表示太阳能电池上形成的接触的质量高。虽然接触的质量还部分地依赖于其它因素，例如p-n结发射极的特性和用于形成接触的工艺，填充因子的主要贡献者是抗反射涂层的特性，必须通过其制造接触。作为估计，填充因子0.5%的改善导致电池效率增加～0.1%，并且效率的这种增加可以等同于太阳能电池产率收益的实质增加。
理想因子
在方程中：
I=I′0(eqv/nkT-1)，
n表示“理想因子”。此参数随着电流水平的改变与I′0一样。特定地，n从低电流下的2下降到高电流下的1。在附加的区域，当在器件中的一些区域中少子的浓度达到多数载流子的浓度时，n可以在高电流下再次达到2。
钝化
在长期暴露于太阳光下时太阳能电池的表面钝化性能不衰退，有益于太阳能电池的效率的长期稳定。因此，ARC应该能够钝化源于早先的处理步骤（例如，锯损伤；蚀刻损伤，悬空键等等....）的在太阳能电池表面中和近表面区域中的缺陷。差的钝化表面减小短路电流（Isc）、开路电压（Voc）和内量子效率，这随即降低太阳能电池的效率。ARC膜可以减少电荷载流子在硅表面（表面钝化）的复合，这对于高效率和薄太阳能电池（例如，具有<200μm的厚度的电池）尤为重要。体钝化对于多晶太阳能电池同样重要，并且相信在ARC膜中高的氢含量可导致在多晶硅（mc）体材料中的各种内建电子缺陷（杂质，晶界等等）的体钝化。在一个实施例中，这里描述的SiCxNy膜基本上包括束缚和间隙氢原子，并且他们显示好的钝化特性。
暗I-V（电流-电压）特性
太阳能电池的暗I-V特性（即，当电池没有被照射时测量的电流和电压）与光I-V特性同样重要。对于系统应用，一般地串联组装太阳能电池，然后组成模块。如果串联的电池串的个别太阳能电池有阴影，而电池串的剩余部分被照射，光电流必须仍能流过被遮盖的光电池。关于这点，注意，从被照射太阳能电池输出的光电流对于当没有被照射时的太阳能电池二极管是在“反向”方向。当电流被迫穿过被遮蔽的太阳能电池时，可以达到反向击穿点，经常导致随后其性能的下降。
太阳能电池暗I-V反向特性与具有高反向（泄漏）电流的二极管相似，在制造期间不好控制。然而，当电池被太阳能电池模块驱动进入反向时，这些特征可能很重要，如上所述，其产生足够的功率以将其过加热。在一些情况下这被称为太阳能电池模块的“热点”。为了抑制热点损伤，太阳能电池的暗I-V特征很重要。一个这样的特征是反向饱和（或泄漏）电流。另外，低反向泄漏电流可以改善低光模块性能。在本申请的一个实施例中，提供了一种太阳能电池在-12V的负偏压下具有小于1.5A暗反向饱和电流。
太阳能电池成分
太阳能电池，如这里叙述的，指通过光伏效应将太阳能转化为电能的宽面积电子器件，该器件包括由硅制成的大面积p-n结。该电池还包括在太阳能电池的n型和p型侧制造的欧姆金属半导体接触以及用作钝化和抗反射涂层的一个或多个层。硅太阳能电池的实例包括非晶硅电池、单晶硅电池、多晶硅电池，非晶多晶硅串列电池、硅-硅/锗串列电池、线带电池、EFG电池、PESC（钝化发射极太阳能电池）、PERC（钝化发射极背面电池）电池和PERL（钝化发射极背面局域扩散电池）电池。
在一个实施例中，本发明还涉及包括硅基衬底和抗反射和钝化层的硅太阳能电池，该衬底包括硼、氧和非均匀分布的碳，并且涉及其制备方法。在一个实施例中，添加到衬底的至少部分碳是可移动的以便其可以与氧原子络合（与硼原子竞争）以在照射后减少在衬底中形成的硼氧络合物。
硅衬底
在一个实施例中，硅衬底基本上可以是单晶硅或多晶硅。可以通过例如Czochralski法工艺制备单晶硅衬底。硅衬底还可以是升级的冶金级硅衬底。
该衬底可以具有例如从0.1到6Ω·cm的体电阻率，从2到6Ω·cm的体电阻率，从3到6Ω·cm的体电阻率，从2到3Ω·cm的体电阻率，小于2Ω·cm的体电阻率，小于约1.5Ω·cm的体电阻率，约1Ω·cm的体电阻率，在约0.1Ω·cm到约1Ω·cm之间的体电阻率。
在另一个实施例中，硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物。仍在另一个实施例中，硼浓度可以约为1×1015原子/cm3或更高、约1×1017原子/cm3或更高、约2.5×1017原子/cm3。氧浓度可以是例如约1×1016原子/cm3到约1×1018原子/cm3或约8×1017原子/cm3到约1×1018原子/cm3。
在一个实施例中，在衬底中的碳的量和特性足够基本上减少在照射太阳能电池后在衬底中形成硼氧络合物。例如，基于在没有碳时形成的络合物的量，碳的量和特性足够将在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物减少50%或更多，60%或更多或者75%或更多。在另一个实施例中，在衬底中的碳的量和特性足够基本上避免在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物。在另一个实施例中，在衬底中的可移动碳的浓度等于或大于在衬底中的硼的浓度的一半，或者基本上等于或大于在衬底中的硼的浓度。在另一实施例中，在衬底中的碳的浓度是5×1015原子/cm3或更高、5×1016原子/cm3或更高、1×1017原子/cm3或更高或者1×1018原子/cm3或更高。
碳在衬底中的分布可以基本上均匀或者该分布可以不均匀。在一个实施例中，碳的浓度随着在衬底中的深度的增加而变化。在另一个实施例中，衬底具有两个主表面，并且随着在衬底中距离至少一个主表面的深度的增加碳的浓度降低。仍在另一个实施例中，对于至少第一50nm，随着衬底中远离至少一个所述主表面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。逐渐降低意味着在规定距离上碳浓度以连续方式逐渐降低。在另一个实施例中，在两个主表面的一个或两个处在衬底中的碳浓度为1×1018原子/cm3或更高、1×1019原子/cm3或更高、1×1020原子/cm3或更高。在又一个实施例中，在衬底中的距离两个主表面中的至少一个的60、200或300nm的深度处碳浓度大于5×1016原子/cm3。
在一个实施例中，太阳能电池包括硅基衬底，该衬底包括硼、氧和碳以及一个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面并且所述一个或多个抗反射和钝化层邻近两个主表面的一个或两个，并且在邻近所述抗反射和钝化层的主表面处的所述衬底中的碳浓度大于在衬底中与两个主表面等距离的深度处的碳浓度。在另一个实施例中，在所述抗反射和钝化层中与所述抗反射和钝化层和所述衬底之间的边界相距预定距离处的所述碳的浓度等于或超过衬底中与所述边界相距相同距离处的所述碳的浓度，并且其中随着距离所述边界的深度的增加在衬底中的所述碳浓度逐渐减小。仍在另一个实施例中，对于至少第一50nm，随着在所述衬底中离开邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。仍在另一个实施例中，在衬底中的扩散的碳浓度，在50nm深度处基本等于或大于在衬底中的硼浓度。在另一个实施例中，在30nm深度处在衬底中的扩散的碳浓度为5×1017原子/cm3或更高或者1×1018原子/cm3或更高。
在另一个实施例中，在衬底中的扩散的碳浓度代表氧浓度的相当一部分。由于B-O络合物浓度对氧浓度的二次依赖（Fraunhofer），碳替位少量的氧对太阳能电池的光致衰退有实质性影响。
抗反射和钝化涂层
一般地认为，在抗反射涂层中存在的碳对太阳能电池的性能有害。更特定地说，包含碳被认为会导致缺陷密度的增加并且降低质量密度，分别导致差的表面和体钝化。包含碳还被认为会导致在Si表面上折射率从理想值2.1下降而导致差的ARC性能[Y.Hatanaka等人的Proc.6thInt.conf.SiliconCarbide&RelatedMaterials,Kyoto,1995(IOP,Bristol,1996)Conf.Ser.Vo.142.P.1055]。对于SiCN抗反射涂层，已经被报道[Kang等人的Journaloftheelectrochemicalsociety，156（6）pp495-449，（2009）]在与SiN抗反射涂层比较时，在控制表面钝化和太阳能电池性能中起重要作用的表面电荷密度QFB变低。此参考还注意到表面电荷密度依赖于SiCN中的碳浓度，更低的碳浓度产生QFB的降低。同样是这个参考还显示与SiNARC相比当使用SiCNARC时界面陷阱密度（Dit）增加，虽然在SiCNARC中更低的碳浓度提供更低的Dit。
在本说明中，说明了Si、C、N、H和O的各种浓度。除非另外说明，Si、C、N和O的浓度是通过俄歇电子谱（这里简称为“俄歇”）测量的原子%，意味着该浓度基于在样品中的Si、C、N和O原子的总含量。另一方面，氢值指通过弹性反冲检测（ERD）测量的氢浓度，意味着这些浓度值基于在样品中的Si、C、N、H和O原子总含量。
在本发明的一个实施例中，钝化和抗反射涂层包括非晶碳氮化硅。非晶碳氮化硅这里指SiCxNy或SiCN，所有的术语均可互换使用。类似地，这里的术语氮化硅，SiNx和SiN可互换使用。应该明白变量x和y不旨在限制Si、C和N的比率，而是旨在这些比率的变化被理解并包括在本申请的范围内。碳氮化硅和氮化硅还包括束缚或间隙氢原子，在术语SiCxNy或SiNx中理解束缚或间隙氢原子的出现。即使没有特别指出，非晶碳氮化硅还包括氧。在此情况下，氧浓度被认为是低的，例如小于3原子%。
在一个实施例中，在SiCNARC中的碳的量是0.5原子%或更高，例如从0.5到15原子%，从1到10原子%，从5到10原子%，从1到7原子%，从1到5原子%，从1到4原子%，或从6到8原子%。如上所注意的，在涂层中的碳的性质同样影响从涂层扩散进入衬底的碳的量。在一个实施例中，涂层中的能够扩散的碳的浓度有足够高，实质上减少了在照射产生的太阳能电池后的B-O络合物的形成。
在一个实施例中，Si在SiCxNyARC中的原子%范围从约25%到约70%，例如从约30%到约60%，从约37%到约50%，从约37%到约40%，从约30%到约37%，从约30%到约35%，或者从约31%到约34%。
在另一个实施例中，H在SiCxNyARC中的原子%范围从约10%到约40%，例如从约10%到约35%，从约10%到约14.5%，从约14.5%到约35%，从约15%到约35%，从约20%到约30%，或者从约22%到约28%。
在另一个实施例中，N在SiCxNyARC中的原子%范围可高至约70%，例如从约10%到约60%，从约20%到约40%，或者从约25%到约35%。
在另一个实施例中，该膜还包括其他原子成分作为掺杂剂。例如，掺杂的膜可以包括F、Al、B、Ge、Ga、P、As、O、In、Sb、S、Se、Te、In、Sb或其组合。
可以基于制备的ARC的所期望的光学或物理特性来选择膜的厚度。在一个实施例中，选择厚度以便在约600-650nm波长的光处获得最小的反射。例如，对于一些应用，虽然厚度的轻微改变不会对透射率造成巨大影响，当76nm的厚度时的2.05的折射率被认为最优。在一个实施例中，SiCxNyARC具有从约10到160nm的厚度，例如从约50到约120nm，从约10到约100nm，从约10到约80nm，从约20到约80nm，从约30到约80nm，从约50到约100nm或者从约70到约80nm。
在一个实施例中，邻近硅衬底的抗反射涂层仅包括SiCxNy层。在另一个实施例中，抗反射涂层包括多层，至少一层是SiCxNy层，如这里所描述的。在另一个实施例中，抗反射涂层包括SiCxNy层，如这里所描述的，该层通过其厚度显示渐变透射率。
在一个实施例中，邻近硅衬底的抗反射涂层包括SiCN并且具有从1到10at.%的碳浓度，小于3at.%的氧浓度和大于14.5at.%的氢浓度。例如，该层可以具有小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度；和/或大于15at.%，大于15.5at.%，或者大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%，或者大于37at.%的硅浓度。
在另一个实施例中，邻近硅衬底的抗反射涂层包括SiCN并且具有大于1at.%的碳浓度，小于3at.%的氧浓度和大于10at.%的氢浓度以及大于37at.%硅浓度。例如，SiCN具有小于50at.%，小于40at.%，小于30at.%，小于20at.%，小于10at.%，小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度和/或大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或者大于16at.%的氢浓度。
在本发明的一些实施例中，ARC可以包括多个层，邻近硅衬底的第一层包括碳。因此第一层提供向硅衬底扩散的碳以增强LID特性，而第二层用于克服具有邻近衬底且碳浓度足以获得LID益处的含碳层的太阳能电池所固有的缺点。
在一个实施例中，第一层具有从10到50nm，从20到40nm或者约30nm的厚度；并且第二层具有从10到100nm，从20到90nm，从30到70nm，从40到60nm或者约50nm的厚度。
在一个实施例中，抗反射涂层可以至少包括邻近衬底的第一层和位于第一层上与衬底相对的第二层。第一层包括具有小于10at.%的碳浓度的碳氮化硅；并且第二层包括氮化硅或者碳氮化硅，该碳氮化硅具有低于在第一层中的碳浓度的碳浓度和/或高于第一层中的硅浓度的硅浓度。例如，第一层可以具有小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或者大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%，或者大于37at.%的硅浓度；并且第二层可以包括氮化硅或者碳氮化硅，该碳氮化硅具有小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或者大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%，或者大于37at.%的硅浓度。包括氮化硅的第二层的使用可以证明光学优点，因为SiN具有高于SiCN的折射率，如在下面的实例中所示。SiN的使用还提供电子优点，因为如Kang（supra）注意到的，SiN提供比SiCN更高的表面电荷密度。因此，如果第一层薄，例如约10-15nm，那么在第二层中的SiN提供增强的有效QFB。包括具有更高硅浓度的SiCN的第二层的使用是有利的，原因类似于使用SiN，即为了提供更高的折射率并且可能增强QFB。最后，使用包括具有更低的碳浓度的SiCN的第二层是有利的，因为具有较低的碳浓度的SiCN可以提供更大的透明度。
在另一个实施例中，抗反射涂层可以至少包括邻近衬底的第一层和位于第一层上与衬底相对的第二层。第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.%的碳浓度和小于14.5at.%的氢浓度并且第二层是含氢硅基涂层。例如，第一层可以具有小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度；从10at.%到14at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%，或者大于37at.%的硅浓度；并且第二层可以包括氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅，氧碳氮化硅或氧氮化硅。如在下面的实例中所示，对于具有更高氢浓度的抗反射涂层的太阳能电池可以观察到有利的I-V特性，这可能源于更多的氢扩散到衬底中导致的钝化改善。存在含氢的第二层是有利的，其提供更大的可以扩散到衬底中用于钝化目的的氢库存。在第二层中的氢浓度可以小于、等于或大于在第一层中的氢浓度。
仍在另一个实施例中，抗反射涂层可以至少包括邻近衬底的第一层和位于第一层上与衬底相对的第二层。第一层包括具有小于10at.%的碳浓度的碳氮化硅；并且第二层可以包括碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅或氧碳氮化硅，第二层中的碳浓度大于第一层中的碳浓度。例如，第一层可以具有小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度；和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或者大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%，或者大于37at.%的硅浓度；并且第二层可以具有小于50at.%，小于40at.%，小于30at.%，小于20at.%，小于10at.%，小于7at.%，小于5at.%或者小于4at.%的碳浓度和/或大于10at.%，大于12at.%，大于14at.%，大于14.5at.%，大于15at.%，大于15.5at.%或者大于16at.%的氢浓度；和/或大于30at.%，大于35at.%，或者大于37at.%的硅浓度。在第二层中存在具有增加的碳浓度的SiCN被证明是有利的，因为如下面的实例中所示，在SiCN中更大的碳浓度提供更大的折射率。该实例还示出了碳浓度的增加通常还伴随着提供更好的衬底钝化的氢浓度的增加。最后，如Kang（supra）指出的，SiCNARC的表面电荷密度随着碳浓度的增加而增加，意味着在第一层较薄（例如，从约10-15nm）的那些实施例中，在第二层中存在更高的碳浓度可以提供更有效的QFB。
在另一个实施例中，抗反射和钝化涂层可以包括至少两个碳氮化硅层，第一碳氮化硅层邻近衬底并且具有小于约10at.%的碳浓度（例如从约3到约8at.%的碳），第二碳氮化硅层位于第一氮化碳层上并且具有的碳浓度大于第一碳氮化硅层的碳浓度，例如从约10到约25at.%。
在一个实施例中，包括碳抗反射和钝化涂层直接沉积到硅衬底上。在另一个实施例中，在含碳抗反射和钝化涂层与硅衬底之间存在不包括碳或者包括不足以扩散进入硅衬底的量的碳的一个或多个中间层（即，膜），只要这些中间层的性质和厚度仍能够在加热后让碳从含碳抗反射和钝化涂层充分扩散到硅衬底中，以便减少照射后在衬底中形成的B-O络合物。衬底还可以包括在其表面上邻近抗反射涂层的中间匹配层。这里不认为中间匹配层形成与衬底分离的膜，而是衬底的一部分。在一个实施例中，中间匹配层具有约5nm或更小的厚度。在另一个实施例中，中间匹配层可以包括自然地或化学诱导的氧，并且可以是例如氧化铝、氧化硅或其组合。
在一个实施例中，SiCxNyARC在630nm的波长处具有1.8到2.3的折射率，例如2.05的折射率，以及在300nm处的小于0.01的消光系数，例如小于0.001。
在一个实施例中，抗反射和钝化层具有大于2.4g/cm3的密度，例如大于2.8g/cm3的密度或者从2.4到3.0g/cm3的密度。对于如在本申请中描述的太阳能电池，抗反射和钝化涂层的密度可以通过基于x-射线的技术测量。通过适当选择为制造SiCxNy膜选出的气体的混合物、PECVD平台（间接/间接/低频/RF频率/微波）和工艺参数（衬底温度/功率/气体流量/压力）可以获得这样的高密度（即，大于2.4g/cm3）。在一个实施例中，在沉积期间衬底温度升高到450℃或更高。
当膜自身包含氢（例如，~10%氢）时，高密度膜对太阳能涂层是有用的，并且该氢的一部分没有被接合到膜中的N或Si（或C）。在一个实施例中，在接触形成期间，氢原子扩散进入太阳能电池的体（在一些实施例中在~800℃处，氢迅速扩散）并且钝化太阳能电池的体中的任何缺陷/悬挂键。此工艺改善了硅中少子的寿命并因此改善了太阳能电池的效率。
为了促进氢向硅的扩散并且减少氢进入电池之上的区域的耗散，SiCN层本身可被制成对氢扩散相对不可渗透，即SiCN层可以作为氢源和利于向硅扩散氢的冒盖（cap）。涂层的较高密度促进了这样的“冒盖”用作抗反射和钝化涂层。抗反射涂层还包括与衬底相对的分离帽盖层以进一步减少氢进入电池上部区域的损耗。因为上述原因，这样的层应该是致密的，并且例如可以包括碳化硅（SiC）。
金属接触
在一个实施例中，向太阳能电池的n-型和p-型侧制造欧姆金属半导体接触。例如，可以通过丝网印刷金属浆糊并且通过烧制沉积的浆糊形成接触。烧制的温度和持续时间依赖于使用的浆糊的特性和太阳能电池的特性，例如抗反射和钝化涂层的特性和厚度。在一些实施例中，如填充因子的特定太阳能电池参数依赖于使用的浆糊的性质。
在一个实施例中，丝网印刷的Ag浆糊金属化被用于前侧接触的形成。丝网印刷Ag浆糊可以包括，例如Ag粉、玻璃熔料（glassfrit）、粘接剂、溶剂以及其它添加剂。虽然没有从理论上界定，但是相信在接触烧制期间，玻璃熔料融化向下蚀刻穿过ARC层并且与Si表面反应，这使得Ag晶粒在薄玻璃/Si界面处成核，与Si发射极形成欧姆接触。
适合的浆糊的实例包括FiveStar出售的（例如以商品名ElectrospereTM出售的Ag和Al浆糊，例如ElectrospereS-系列浆糊，包括S-540（Ag）、S-546（Ag）、S-570（Ag）和S-680（Al）浆糊，以及出售的（例如，Al浆糊，例如产品CN53-101）。在一些实施例中，浆糊还可以包括铅，其可以提供更高质量的接触形成。
SiCxNyARC的制备
在一个实施例中，可以通过包括S、C、N和H原子的气态物种的沉积制备SiCxNy抗反射和钝化涂层。
虽然可以在单气态物种中组合所有要求的S、C、N和H原子，整体包括所要求的原子物种的两种或更多气体可被组合并反应以形成涂层。
在一个实施例中，在分离的气体中包含所要求的C和Si原子，而在另一个实施例中，在单气态核素中包含C和Si原子。例如，可以从SiH4、氮的气态源（例如，NH3、N2或NCl3）和气态烃（例如，甲烷、乙炔、丙烷、丁烷等等....）或其它含碳化合物（例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或其组合）的混合物制备SiCxNyARC。还可以使用SiH4和气态甲胺（例如CH3NH2、（CH3）2NH、（CH3）3N等...）的混合物。
可选地，气态有机硅化合物（例如，一种或多种有机硅烷和/或有机聚碳硅烷，例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、六甲基二硅氮烷、三（二甲基氨基）硅烷、三（二甲基氨基）甲基硅烷、四（二甲基氨基）硅烷，Si（N（CH3）2）4和/或聚甲基硅氮烷、二甲基氨基三甲基硅烷）与气态氮源（例如，NH3或N2）混合并沉积以产生SiCxNyARC。可以以气体形式商业获得气态有机硅烷化合物（如果需要，进行混合）它们可以以液体形式和挥发获得，或者它们可以从固体前体制备（可选地，原位制备）。在一个实施例中，要沉积的气态混合物通过以10:1到1:50，例如从1:5到1:15或从1:6.6到1:15的流量比（a:b）组合（a）一种或多种气态有机硅烷化合物以及（b）的含氮气体而形成。
来自固体前体的气态有机硅烷化合物
在一个实施例中，可以从固体有机硅烷源的热分解/重排（即，热解）或挥发获得气态有机硅烷和/或有机聚碳硅烷。固体有机硅烷源可以是任意包括Si、C和H原子并且在室温和常压下是固体的化合物。
在一个实施例中，固体有机硅烷源是包括在加热室中的加热期间热力学稳定的Si-C键的硅基聚合物。在一个实施例中，硅基聚合物具有包括至少一个硅原子和两个或更多碳原子的单体单元（monomericunit）。单体单元还可以包括附加的元素，例如N、O、F或其组合。在另一个实施例中，聚合物源是聚硅烷或聚碳硅烷。
聚硅烷化合物可以是当热解时，即通过在基本没有分子氧的气氛中加热来化学分解固体聚硅烷时，产生气态有机硅烷化合物的任意固体聚硅烷化合物。在一个实施例中，固体聚硅烷化合物包括直线或分支聚硅烷链（可选地环状形式），其中每个硅都被一个或多个氢原子替位，C1-C6烷基基团、苯基基团或-NH3基团。在另一个实施例中，直线或分支聚硅烷链具有至少一个包括至少一个硅原子和一个或多个碳原子的单体单元。在另一个实施例中，直线或分支聚硅烷链具有至少一个包括至少一个硅原子和两个或更多碳原子的单体单元。
固体有机硅烷缘的实例包括硅基聚合物，例如聚二甲基硅烷（PDMS）和聚碳甲基硅烷（PCMS）以及其它非聚合物物种，例如三苯基硅烷或九甲基三硅氮烷。PCMS可以商业获得（Sigma-Aldrich）并且其可以具有，例如从约800道尔顿到约2,000道尔顿的平均分子重量。PDMS也可以商业获得（Gelest，Morrisville，P.A.和StremChemical，等Newburyport，M.A.）并且其可以具有，例如从约1,100道尔顿到约1,700道尔顿的平均分子重量。使用PDMS作为源化合物是有利的，因为（a）在储存和转移过程中其处理很安全（b）其对空气和湿气稳定，当在工业环境中大量使用化合物时期望的特性，（c）在PDMS被暴露到CVD工艺条件导致的出流（effluentstream）中没有腐蚀性成分产生，以及（d）PDMS通过其氢取代基提供其自身的氢供给。
在另一个实施例中，固体有机硅烷源可以具有至少一个标签成分，其类型、比例和浓度可以用于在获得的膜中创建化学“指纹”，该指纹可以容易地通过标准实验室分析工具测量，例如二次离子质谱（SIMS）、俄歇电子能谱（AES）、x-射线光电子能谱（XPS）。在一个实施例中，固体有机硅烷源可以包含同位素标签，即包括在固体有机硅烷源中的至少一种相对量自然界不丰富的原子物种的同位素，例如C13或C14。这里称为同位素的合成率。
固体前体的热解/挥发
在一个实施例中，气态有机硅烷物种由固体有机硅烷源在加热室内热解形成。固体源可以作为粉末、颗粒、棒或其它固体形式以批次或连续方式添加到加热室。可选地，固体有机硅烷源可以在加热室中与第二固体聚合物混合。在批次添加中，固体有机硅烷源化合物可以例如以从1mg到10kg的量添加，虽然还可以使用更大的量。
在一个实施例中，在添加固体有机硅烷源后，加热室可选地在真空下被净化（purged），用如氩或氦的惰性气体替代反应室中的气体。在加热前净化反应室或者在净化期间或之前前升高反应室中的温度。净化期间反应室中的温度应该保持在气体物种的演化（evolution）开始的温度以下，以便最小化产品损耗。
热解步骤可以包含在固体中的一个或多个不同类型的反应。不同类型的反应可以包括，例如：依赖于固体有机硅烷源的性质，固体有机硅烷分解/重排为新的气态和/或液体有机硅烷物种，并且可以通过为热解步骤选择的温度来促进这些反应。控制上述参数还可以获得固体有机硅烷源的部分或完全挥发而不是热解（即，替代有机硅烷源的分解/重排）。这里使用的术语“热解”旨在获得这样的部分或完全挥发。对于固体有机硅烷源是聚硅烷的实施例，可以通过在2007年11月27日提交的美国临时专利申请S/N60/990,447中描述的工艺获得气态物种，这里引用其整个内容作为参考。
在加热室中，可以通过电加热、UV辐射、IR辐射、微波辐射、x-射线辐射、电子束、激光束、感应加热等等进行固体有机硅烷源的加热。
加热室的温度被加热到如下范围，例如，从约50到约700℃，从约100到约700℃，从约150到约700℃，从约200到约700℃，从约250到约700℃，从约300到约700℃，从约350到约700℃，从约400到约700℃，从约450到约700℃，从约500到约700℃，从约550到约700℃，从约600到约700℃，从约650到约700℃，从约50到约650℃，从约50到约600℃，从约50到约550℃，从约50到约500℃，从约50到约450℃，从约50到约400℃，从约50到约350℃，从约50到约300℃，从约50到约250℃，从约50到约200℃，从约50到约150℃，从约50到约100℃，从约100到约650℃，从约150到约600℃，从约200到约550℃，从约250到约500℃，从约300到约450℃，从约350到约400℃，从约475到约500℃，约50℃，约100℃，约150℃，约200℃，约250℃，约300℃，约350℃，约400℃，约450℃，约500℃，约550℃，约600℃，约650℃，约700℃。更高的温度可以增加从固体有机硅烷源产生的气态化合物的速率。
在一个实施例中，加热室被以高达150℃每小时的速率加热直到到达期望的温度，在此温度处保持反应室的温度。在另一个实施例中，温度升高到发生热解的第一值，然后温度在一个或多个场合变化，例如，为了改变气态化合物的混合物的产生速率或者改变反应室中的压力。
在一个实施例中，控制加热室中的温度和压力并且可以通过减小压力，通过加热有机硅烷源，或通过其组合来驱动气态物种的产生。为加热室选择特定的温度和压力值也被用作控制获得的气态物种的性质。
在固体有机硅烷源是聚硅烷的实施例中，一种可能的热解反应导致在固体聚硅烷中Si-Si交联的形成，该反应通常在约375℃下发生。另一个可能的反应称作Kumada重排，典型地在约225℃到约350℃之间的温度下发生，其中Si-Si主链变为Si-C-Si主链。虽然此类型的反应通常用于生产非挥发性产品，Kumada重排可以生产挥发性聚碳硅烷低聚物、硅烷和/或甲基硅烷。虽然通过Kumada重排方法生产的气态物种的量与非挥发性固体或液体聚碳硅烷的产生竞争，这样的物种的生产（当不利于整体产率时）证明了气体放出过程的有用方面，留在加热室中的任意材料、液体或固体在一些实施例中转化为无害并且安全的陶瓷材料，导致一旦过程停止可以安全地处理材料。
来自液体前体的气态有机硅烷化合物
在一个实施例中，可以通过如四甲基硅烷的液体有机硅烷前体的挥发获得气态有机硅烷。可以通过一个或多个蒸发器挥发或者可以通过2010年6月17日提交的美国专利申请No.61/368,857描述的装置提供液体前体，在此引入其整个内容作为参考。
气态有机硅烷物种
一般地，由固体有机硅烷制备的气态有机硅物种包括有机硅烷的挥发部分的混合物。在固体有机硅烷源是聚硅烷的实施例中，气态物种是气态有机硅化合物的混合物。
在一个实施例中，气态有机硅化合物的混合物基本包括一种或多种气态硅烷（即，包括单个硅原子的气态化合物）。其还被称作气态单硅有机硅烷，其实例包括甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷和四甲基硅烷。
在一个实施例中，可选地，气态混合物还包括少量（例如，小于10%）的气态多硅物种，例如气态聚硅烷，或气态聚碳硅烷。气态聚硅烷意味着包括两个或更多硅原子的化合物，其中硅原子共价键连接（例如，Si-Si），并且气态聚碳硅烷意味着包括两个或更多硅原子的化合物，其中至少两个硅原子通过非硅原子连接（例如，Si-CH2-Si）。气态聚碳硅烷的实例可以具有如下化学式：
Si（CH3）n（H）m-[（CH2）-Si（CH3）p（H）q]x-Si（CH3）n’（H）m’
其中n、m、n’和m’分别表示从0到3的整数，满足条件n+m=3和n’+m’=3；p和q分别表示从0到2的整数，对每个硅原子满足条件p+q=2；x是从0到3的整数。气态聚碳硅烷的另外的实例包括[Si(CH3)(H)2]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)2(H)]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)3]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)2(H)]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)3]、[Si(CH3)(H)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)(H)2]、[Si(CH3)(H)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)2(H)]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)2(H)]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)(H)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2(H)]、[Si(CH3)(H)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)(H)2]以及[Si(H)3]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2]-CH2-[Si(CH3)2(H)2]。
如上指出，气态有机硅物种还可以直接以气态形式获得，和/或可以通过如四甲基硅烷的液体前体的挥发来制备。这些气态有机硅物种可以单独使用（即，没有与其它有机硅物种混合）或者它们可以与其它气态有机硅物种组合。另外，含硅气态物种（单独或者组合）可以通过其本身沉积，或者它们可以与其它气态成分混合。这样的另外的气态成分的实例包括氢和烃，例如甲烷、乙烷等等。
在一个实施例中，气态物种是混合物，作为含硅物种，包括从20到45wt.%的甲基硅烷，从35到65wt.%的二甲基硅烷，从5到15wt.%的三甲基硅烷，和可选地高达10wt.%的气态碳硅烷物种。在另一个实施例中，气态物种仅包括四甲基硅烷作为含硅物种，优选也存在如甲烷、乙烷、丙烷等的烷烃和/或氢气。在另一个实施例中，气态混合物包括从1到5wt.%的甲基硅烷，从40到70wt.%的二甲基硅烷，从1到15wt.%的三甲基硅烷，从30到70wt.%的氢和从5到15wt.%的甲烷。仍在另一个实施例中，气态混合物包括约3vol.%的甲基硅烷、约36vol.%的二甲基硅烷、约2vol.%的三甲基硅烷、约12vol.%的甲烷、和氢。
在另一个实施例中，沉积的气态前体可以是包括硅烷和有机硅烷的混合物。有机硅烷可以包括例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或其组合。气态前体还可以包括气态氮源，例如氨或N2。在一个特定实施例中，气态前体包括硅烷、四甲基硅烷和氨。在一个实施例中，基于体积流量（在标准温度和压力下一定时间内的体积的比率），在气态前体中的硅烷对有机硅烷的比率大于约4:1，大于约9:1或约19:1。在另一个实施例中，含硅气体（即，硅烷和有机硅烷）与气态氮源（例如氨）的比率可以从1:1到1:50，例如从1:4到1:20或从1:4到1:9。
反应气体的添加
用于形成SiCxNy的气态物种可以在沉积室中通过气体混合单元与反应气体混合，或者当热解用于获得气态物种时在加热室中混合。在一个实施例中，反应气体可以是商业获得的气体，并且该气体直接向系统提供。在另一个实施例中，通过加热包括如O、F或其组合的任意数目的元素的固体或液体源来获得反应气体。
在一个实例中，反应气体可以是如CO、O2、O3、CO2或其组合的氧基气体。
在一个实施例中，为了获得掺杂SiCxNy膜，反应气体还可以包括F、Al、B、Ge、Ga、P、As、In、Sb、S、Se、Te、In、Sb。
沉积室
当期望形成膜时，将衬底放入被抽致足够低的压力的沉积室，并且连续或脉冲式引入气态物种和可选的载气。只要为选择进行沉积的能量源可以在选择的压力下使用，则可以选择任意压力。例如，当等离子体被用作能量源时，可以形成等离子体的任意压力都适合。在本发明的实施例中，压力可以从约50到约4000mTorr，从约100到约500mTorr，从约150到约500mTorr，从约200到约500mTorr，从约200到约500mTorr，从约250到约500mTorr，从约300到约500mTorr，从约350到约500mTorr，从约400到约500mTorr，从约450到约500mTorr，从约50到约450mTorr，从约50到约400mTorr，从约50到约350mTorr，从约50到约300mTorr，从约50到约250mTorr，从约50到约200mTorr，从约50到约150mTorr，从约50到约100mTorr，从约100到约450mTorr，从约150到约400mTorr，从约200到约350mTorr，从约250到约300mTorr，从约50mTorr到约5Torr，从约50mTorr到约4Torr，从约50mTorr到约3Torr，从约50mTorr到约2Torr，从约50mTorr到约1Torr，约50mTorr，约100mTorr，约150mTorr，约200mTorr，约250mTorr，约300mTorr，约350mTorr，约400mTorr，约450mTorr，约500mTorr，约1Torr，约2Torr，约3Torr，约4Torr，约5Torr。
衬底的温度被保持在如下范围，例如，从约25到约500℃，从约50到约500℃，从约100到约500℃，从约150到约500℃，从约200到约500℃，从约250到约500℃，从约300到约500℃，从约350到约500℃，从约400到约500℃，从约450到约500℃，从约25到约450℃，从约25到约400℃，从约25到约350℃，从约25到约300℃，从约25到约250℃，从约25到约200℃，从约25到约150℃，从约25到约100℃，从约25到约50℃，从约50到约450℃，从约100到约400℃，从约150到约350℃，从约200到约300℃，约25℃，约50℃，约100℃，约150℃，约200℃，约250℃，约300℃，约350℃，约400℃，约450℃，约500℃。
执行化学气相沉积（CVD）的任意系统可以用于本发明的方法，并且本领域的技术人员将认识到其它适合的设备。在TrueBlue，Photoninternational，2006年3月，页90-99中包含可以发现典型的设备、气体流量要求和用于商业涂层太阳能电池的各种沉积工具的其它沉积设定，在此引入其整个内容作为参考。
可以通过常压CVD实现沉积，或在沉积室内的能量源为例如电加热、热丝工艺、UV辐射、IR辐射、微波辐射、x-射线辐射、电子束、激光束、等离子体或RF。在优选实施例中，能量源是等离子体，并且合适的等离子体沉积技术的实例包括：等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）、低频等离子体增强化学气相沉积（LF-PECVD）、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）、感应耦合等离子体增强化学气相沉积（ICP-PECVD）、等离子束源等离子体增强化学气相沉积（PBS-PECVD）、低、中或高频平行板化学气相沉积、热膨胀化学气相沉积、微波激发等离子体增强化学气相沉积或其组合。另外，也可以使用适合用于制造集成电路或基于半导体的器件的其它类型的合适的沉积技术。
对在沉积期间使用的能量是等离子体的实施例，例如对PE-CVD，可以通过适当选择如下条件控制获得的膜的特性：（1）等离子体的产生，（2）衬底的温度，（3）反应器的功率和频率以及（4）引入沉积室的气态物种的类型和量。
加热和沉积室的配置
在从固体源的热解或液体源的挥发获得气态有机硅物种的那些实施例中，该工艺可以用各种系统配置执行，例如加热室和沉积室；加热室、气体混合单元和沉积室；加热室、气体混合单元和多个沉积室；或者多个加热室、气体混合单元和至少一个沉积室。在优选实施例中，沉积室在反应器中并且加热室在反应器外。
对高产量配置，可以集成多个加热室单元。在多单元配置中，每个加热室可以具有相对小的尺寸以便使机械结构简单可靠。向所有的加热室提供公共气体传送、排出和控制系统以便成本类似于具有相同产量的大的常规反应器。理论上，对可以集成进一个系统的反应器的数目没有限制。
该工艺还可以利用常规质量流量或压力控制器以更精确地传送适合工艺要求的流量。气态物种可以以连续流量或脉冲流量传送到沉积室。
在一些实施例中，该工艺利用不需要专门加热管道的常规管道，但在许多液体源CVD工艺中，加热管道线路是必须的以消除源气体凝结或源的过早分解。
硅衬底的碳掺杂
在一个实施例中，通过在硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射和钝化层以便碳从该层向衬底扩散，来制备包括碳掺杂的硅衬底的硅太阳能电池。
可以通过例如在衬底上沉积该层后加热衬底以及抗反射和钝化层，执行碳从该层向衬底的扩散。执行加热的温度和保持加热的时间支配碳的扩散。因此，合适的温度和持续时间能够决定碳扩散的期望水平。在一个实施例中，通过将温度加热到从约450℃到约1000℃，例如从约450℃到约850℃或从约700℃到约1000℃获得扩散。在一个实施例中，虽然保持特定温度的时间可以为小于1分钟，当加热保持至少1分钟，例如从1到3分钟。在一些实施例中，通过施加不同的温度持续不同的时间获得扩散，即通过根据时间/温度分布的加热来发生扩散。
通过抗反射层将碳扩散进入衬底可以避免期望用于向衬底中引入碳的其它方法的缺点，例如通过离子注入步骤将碳引入会发生衬底损伤，虽然这样的离子注入过程也包括在本发明的实施例中。
在另一个实施例中，太阳能电池包括一个或多个金属接触，并且在单个步骤中发生一个或多个金属接触的形成和碳从抗反射和钝化层向衬底的扩散。现在发现，将碳从SiCN膜扩散所需的时间-温度分布在太阳能电池制造金属接触的工艺要求中（参见，例如图41）。在例如从约450℃到约850℃，例如约450℃到约800℃，或从约575℃到约800℃的温度下发生组合的接触的形成和碳扩散。
实例
提供下面的实例以说明本发明。然而，应该明白在选择的每个实例中给出的细节是为了说明目的，而不应理解为限制本发明的范围。一般地，除非指出，在相似的条件下进行实验。
除非另外说明，使用PacificWestern制造的“Coyote”PECVD系统沉积抗反射涂层。在425℃到475℃的衬底温度、2Torr的压力、100到300W之间的功率和50kHz的RF功率频率下进行PECVD沉积。气态有机硅化合物进入PECVD装置的流量保持在300sccm（硅烷等价质量流量条件）并且氨的流量保持在1500-4500sccm之间。
通过光谱椭圆仪（WoollamCo.）表征介质膜的光学性能。通过XPS（x-射线光电子能谱）、俄歇电子能谱（俄歇）或者弹性反冲分析（ERD）分析介质膜的成分。通过在氢氧化钾（KOH）溶液中蚀刻移除在切割后的晶片上的锯损伤，接着在KOH和异丙醇（IPA）的混合物中进行各向异性蚀刻用于织构化（texturing）。织构化后的硅晶片在2:1:1H2O:H2O2：H2SO4和2:1:1H2O:H2O2:HCl溶液中清洁，接着在石英管中磷扩散以形成发射极。
为了比较目的，还制备了常规SiNxAR涂层。除非另外说明，SiNx层的厚度为约75nm，并且具有~2.05的折射率。SiNx涂层同样在低频（50kHz）PECVD反应器（Coyote）中沉积。在SiH4:NH3比率为300:3000sccm下进行SiNx的沉积。
除非另外说明，使用氨和从固体聚二甲基硅烷（PDMS）源产生的气体制备来自PDMS的碳氮化硅膜。在密封压力容器中加热固体源。从PDMS释放的气体通过标准硅烷质量流量控制器（MFC）提供给PECVD反应器，并且控制呈现与硅烷相同的修正因子的流量。
使用Sinton的准稳态光电导（QSSPC）工具测量在晶片中的载流子寿命和扩散发射极的发射极饱和电流密度（JoE）。使用SemiTestSCA-2500表面电荷分析仪测量介质中的电荷密度，该仪器允许非接触和非损伤测量感兴趣的介质中的平带等价电荷密度（QFB，在平带条件下的总电荷密度）。通过丝网印刷合适的浆糊接着在IR金属熔炉中烧制形成前和后接触。
通过弹性反冲检测（ERD）测量在SiCxNy膜中的氢浓度。
使用商业制造的I-V系统，在1,000W/m2下照射太阳能电池测量太阳能电池的效率。电池保持25℃。用从美国能源部的国家可再生能源实验室（NationalRenewableEnergyLaboratory）获得的太阳能电池校准设备。
实例1
在具有60Ohm/sqn+POCL发射极的织构5”2Ω·cm硼掺杂的p-型CZ（Czochralski）单晶Si太阳能电池（1.1×1018/cm3的氧浓度）上沉积SiCxNy前侧钝化和抗反射涂层（ARC）。用SiH4-基SiNx涂层制备单独的电池用于比较目的。用商业获得的银浆糊（FivestarS546B）制备用于电池的前侧接触。
在表1中列出了沉积条件和膜性能，并且在表2和图1a-g中示出了电池参数。
用从PDMS（300sccm）的热分解获得的前体气体和NH3（3750sccm）在475℃下沉积SiCN（3）ARC，并且用硅烷（300sccm）和NH3（3000sccm）在425℃下沉积SiNx。以约80nm的厚度沉积这些ARC。
在空气中，SiCxNy和SiNx涂敷的电池暴露于间隔6英寸的300W的卤素灯下，以用约100mW/cm2的光强度进行照射。暴露电池66小时。
在66小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，Voc（开路电压）的衰退约为3.4mV，而对于沉积SiCN的太阳能电池，Voc仅衰退1.3到1.7mV。
在66小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，Jsc（短路电流）的衰退约为0.35mA/cm2，而对于沉积SiCN的太阳能电池，Jsc仅衰退0.07到0.18mA/cm2。
在66小时照射期间，对于SiNx涂敷的电池，观察到了FF（填充因子）的逐渐衰退，而对于沉积SiCN的太阳能电池，FF基本没有衰退。
对于SiNx和SiCxNy涂敷的电池，在照射后两者的理想因子（n-因子）都显示增加。然而，对SiCxNy涂敷的电池n-因子的相对变化小于SiNx涂敷的电池。SiNx涂敷的电池的更高的n因子值表明照射后光致衰退引起的更高的结复合。在66小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，太阳能电池效率的衰退为约0.34%，而对于沉积SiCN的太阳能电池，效率的衰退仅为约0.04到0.13%
对于具有更高密度和更低碳成分的SiCxNy涂层，还观察到了更好的LID性能。
表2-照射后电池参数
实例2
在具有60Ohm/sq发射极的织构Cz衬底上沉积SiCxNy前侧钝化和抗反射涂层以形成Si太阳能电池。用高（2Ω·cm）和低（0.9Ω·cm）基础电阻率Cz-Si晶片制备电池。还用SiH4-基SiNx涂层制备单独的电池用于比较。
为了研究这些电池的光致衰退特性，用模拟接近1个太阳的条件的光强度照射它们。
在低电阻率Cz-Si材料（即，0.9Ω·cm）上，在77小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，观察到了太阳能电池转化效率的衰退约为0.36%，而对于SiCxNy涂敷的电池，效率的衰退仅为0.09%。光谱响应谱显示对于两种类型的太阳能电池，在对应从800nm到1100nm的长波长响应中发生LID，表明衰退是体载流子寿命下降的结果。
对于2Ω·cm的衬底，在77小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，观察到的太阳能电池转化效率的衰退约为0.29%，而对于SiCxNy涂敷的电池，效率的衰退仅为0.09%。在照射77小时后，从800nm到1100nm的长波长中，SiCxNy涂敷的太阳能电池在光谱响应中也具有比SiNx涂敷的电池更小的下降。
就LID而言，对于低电阻率（0.9Ω·cm）和高电阻率（2Ω·cm）的两种Cz-Si衬底，SiCxNy涂敷的CZ太阳能电池的表现都好于SiNx涂敷的CZSi太阳能电池。表3提供了制备的太阳能电池的沉积条件和膜特性，并且在表4和图2a、2b、3a、3b、3c和3d中示出了照射后电池的参数。
表3-沉积条件和膜特性
表4-照射后太阳能电池的参数
实例3
在5”p-型Cz晶片上制备了具有SiCxNy或SiNx的前侧钝化和抗反射涂层、具有约65Ohm/sq的扩散发射极的硅太阳能电池。通过从聚二甲基硅烷（PDMS）获得的混合气体的PECVD沉积SiCxNy涂层，而通过硅烷和甲烷的混合物的PECVD获得SiNx涂层。用Coyote直接等离子体系统执行这两种PECVD沉积。电池的效率约为14%。
用6个500W的灯的阵列用约40cm的距离提供约1太阳的光强度照射太阳能电池。还将电池的温度加热到50℃。照射进行时长约72小时并且在表5和图4a和4b中示出了内量子效率结果（照射前和照射后）。
使用在16×16cm区域内太阳模拟不均匀度优于+/-5%的来自PVmeasurements，Inc的IV16模式测量太阳能电池的IV曲线。太阳能电池光谱响应QE测量系统，来自PVMeasurements的QEX7模型还用于在从300-1100nm的波长下测量反射率和IQE，具有+/-2%的结果不确定性。还通过SE椭圆仪测量膜特性，质量密度（XRR），化学成分（俄歇能谱，SIMS）。
从图4a和4b可以看出，具有SiNARC的太阳能电池的内量子效率（IQE）在照射后下降，而具有SiCNARC的太阳能电池的IQE改善。
表5-电池参数
表6-SiCN的照射前和照射后内量子效率(IQE)
表7-SiN的照射前和照射后内量子效率(IQE)
实例4
用测量的IQE的不同研究具有不同衬底材料的SiCN和SiN膜的光致衰退。
表8提供硅衬底的特性。图5到9中提供IQE的结果。
表8-图5到9的衬底特性
| 图 | 特性 |
| 5 | 体1Ohm.cm-发射极72Ohm/sq-氧26.8ppm |
| 6 | 体～3Ohm.cm-发射极53Ohm/sq-氧24.2ppm |
| 7 | 体～5Ohm.cm-发射极73Ohm/sq-氧17.3ppm |
| 8 | 体～0.96Ohm.cm-发射极65Ohm/sq |
| 9 | 体～3Ohm.cm-发射极60Ohm/sq |
实例5
在具有3MS前体的衬底上沉积SiCN膜。在图10中示出了沉积的膜的FTIR光谱，该光谱显示存在弱接合的碳。表9中提供沉积的膜的特性。
表9-SiCN膜特性
实例6
测量了照射72小时之前和之后SiN和SiCN涂敷的太阳能电池（2Ω·cm晶片）的IQE，在图11中示出了其结果。如上所示，很明显在照射后长波长响应衰退而短波长响应基本不受影响。这与光致衰退损害体寿命的假设一致。因为LID是由IQE示出的体现象，所以分别测量了沉积了SiCN和SiN涂层的Cz晶片的体寿命。
从相同质量的晶片开始，测量了体寿命。假设通过碘/甲醇浸入很好的钝化了表面，从有效寿命计算体寿命。在图12中提供了结果，该结果显示SiCN涂敷和SiN涂敷的Cz晶片的体寿命的变化。晶片的初始寿命约为57μs并且在POCl3扩散后寿命显著提升，然后涂敷SiCN和SiN膜。获得的样品经过系列照射后，接着加热样品（再生体寿命值），显示SiCN涂敷的晶片的体寿命高于SiN涂敷的晶片的体寿命。观察到的体寿命的趋势与观察到的IQE的结果一致，并且显示SiCN涂层对体寿命增强的正影响。
实例7
在具有5-7Ω·cm的基础电阻率的织构Cz（Czochralski）单晶硅衬底上沉积SiCxNy或SiNx钝化和抗反射涂层。通过从聚二甲基硅烷的热解获得的混合气体的PECVD沉积SiCxNy涂层，而通过硅烷和甲烷的混合物的PECVD获得SiNx涂层。使用AK400PECVD系统进行涂层的沉积。在涂层沉积后，接着以790℃烧制太阳能电池5s。
用动态SIMS系统研究获得的涂敷的衬底，使用铯束评估在电池中的碳和在特定深度处的[C]、[B]、[O]、[N]、[Si]元素的存在。该结果（图13a和13b）是定性的并且示出了随深度分布的元素计数。关于获得的结果，相信氢浓度信号是合理的，硼浓度信号低并且相信低于检测极限（受到干扰），相信BO2浓度信号是人为的，类似于具有碳的氧的部分，并且不相信氮的信号是真实的，并且其类似于硅的部分。
基于获得的SIMS数据估算了膜和硅衬底中的碳含量，并且在图14中示出。结果表明，碳从SiCN膜向硅衬底扩散。碳浓度分布显示在SiCN膜和Si衬底之间的界面处增加，然后逐渐减少直到至少约60nm的深度处。
实例8
研究了在不同类型的硅衬底（A-E）上制备的太阳能电池的光致衰退。
在表10到13中列出并且在表14a和图15中总结了照射后用各种太阳能电池获得的测量结果。
对于各种衬底，发现SiCN涂敷的电池具有比SiN涂敷的电池更低的LID。参见使用5不同Cz-Si晶片，作为整体可以看出，SiCN涂敷的Cz-Si电池具有从0.2到2.0%相对的LID损耗，而SiN涂敷的Cz-Si电池具有从1.2到6.1%相对的LID损耗.
根据这些结果，显示对于SiCN涂敷的p-型（硼掺杂）Cz-Si太阳能电池LID改善是普遍现象，其独立于用于SiCN沉积的前体。然而，晶片于晶片之间的改善程度不同，这可能源于不同的基础电阻率（即，不同的硼掺杂剂浓度）和不同的氧浓度，连同晶片中存在的其它杂质。
为了将LID与B-O络合物形成关联，用SIMS测量了特定的Cz晶片的硼和氧含量。用金刚石（即，无氧）膏将样品抛光成高质量晶面以移除太阳能电池的表面织构。当SIMS获得的硼数据太接近背底噪音而不精确时，还用ICP-MS测量了硼浓度。表14b示出了与在这些衬底上制备的SiN和SiCN抗反射涂层相关的硼和氧浓度值以及相对Voc损耗。可以看出，对于具有增加的硼浓度（低电阻率衬底）或氧浓度的衬底证明具有更大的LID效应（从SiN到SiCNARC）。当衬底包含高浓度的氧时，在SiN和SiCN电池之间观察到了LID的特定差异。
表10-衬底A晶片的结果
表11-衬底B晶片的结果
表12-衬底C晶片的结果
表13-衬底D晶片的结果
表14a-不同Cz-Si晶片观察到的LID的总结
表14b-硼和氧浓度与LID
实例9
制备了太阳能电池并且以设定的周期暴露于照射下。测量了太阳能电池的性能。
材料：在各种p-型Cz晶片上制造硅太阳能电池。制备了相同类型的多个晶片以获得平均值。
膜：用各种前体以SEMCOPECVD沉积SiCN和SiN
照射：使用六个500W的灯的阵列从距离约50cm处照射电池，将其暴露于~1000W/m2的光强并且加热到约48℃（电池直接放置于栅格上）。
标准：太阳能电池I-V曲线测试仪来自PVMeasurements，Inc，模型IV16，在16×16cm区域上的太阳模拟不均匀度优于+/5%。
研究了光暴露对太阳能电池的电流-电压（I-V）特性的影响。下面示出I-V性能的改变、Voc、Jsc和效率的损耗。
表16-衬底描述
表17-晶片氧浓度
晶片C具有1.6×1016B（=0.12ppm）并且具有1Ohm.cm的电阻率。晶片A和B具有2.7×1015B（=0.02ppm）并且具有5Ohm.cm的电阻率。ppm值表示按重量的每百万分之一。使用辉光放电质谱仪进行分析。
下面示出了各种衬底的Voc和效率损耗：
在衬底组中，在太阳能电池上进行LID处理，初始效率值轻微变化但是尽可能接近。图17示出了被选择的组在照射后效率的绝对变化。初始的两列用于衬底C，中间的两列用于衬底D，并且最后的两列用于衬底B。
在图17中，我们比较了具有名义上相同的SiCN膜的三种类型的衬底，SiCN膜具有约7%的碳浓度，通过俄歇测量。
如果发射极具有高电阻率并且体电阻率低（例如衬底A）那么期望Voc高并且钝化要求苛刻。在这样的情况下，SiCN涂敷的电池与SiN涂敷的电池比较，太阳能电池的初始效率低。当这样的晶片还具有高氧含量时，那么在暴露于光期间效率损耗明显。
如果电池具有降低的硼浓度即更高的体电阻率和减少的氧浓度，那么SiCN和SiN两者的LID相似。
衬底D表示在衬底C和衬底B之间的中间情况，其中氧含量高、发射极具有更低的电阻率（钝化要求降低）并且体电阻率约为3Ohm.cm即，硼浓度。即使SiCN的初始效率更低，在LID后效率相似。
注意，初始效率依赖于用以最大化Voc的良好钝化、用以最大化Jsc的良好光学特性和用以最大化填充因子的良好接触技术的组合。这些参数通过电池的制备方法的其它工艺条件决定，还通过沉积膜的方法决定（例如，远程等离子体工具相对于直接等离子体工具）。通过该信息，精细的设计太阳能电池制造工艺，利用使用SiCN膜获得的LID益处。
为了进一步证明作为表面钝化要求如何随不同太阳能电池结构变化的指示器的Voc的影响，制备了下面在LID测试下的Voc曲线。
就Voc而言，图18示出了绝对损耗（中间值）。在图中，初始的两列用于衬底C，中间的两列用于衬底D，并且最后的两列用于衬底B。
就Voc而言，图19示出了绝对损耗（中间值）。在图中，初始的两列用于衬底C，中间的两列用于衬底D，并且最后的两列用于衬底B。
实例10
研究了用不同PE-CVD装置制备的太阳能电池的光致衰退和产生的太阳能电池。从直接等离子体和微波远程等离子体装置两个装置制备电池。
可以看出，与用直接等离子体制备的电池比较，用远程等离子体制备的太阳能电池具有更低的钝化性能、更低的膜密度、更高的碳膜成分、更低的钝化性能、更低的寿命（在烧制之前和之后）、更低的Voc和更低的Jsc。图20中提供了通过MW和RF等离子体装置制备的电池的Voc和Jsc的比较。图11a-d中示出了一些显示制备的膜的针孔表面的图片。其中图21a和21b表示两个SiCxNy层，图21c表示SiNx层，并且图21d表示用远程微波（remotemicrowaveplasma）等离子体装置制备的SiCxNy层。
实例11
在涂层的PECVD期间使用不同的气态源制备了具有不同SiCxNy抗反射和钝化涂层的太阳能电池。
用甲基硅烷（MS）、二甲基硅烷（2MS）、三甲基硅烷（3MS）、四甲基硅烷（4MS）和从固体聚二甲基硅烷源的热解获得的气体混合物制备了抗反射和钝化涂层。在标准温度和压力下，Ms、2Ms、3MS和混合物前体是气体状态。在通过PE-CVD沉积之前挥发4MS。
在单晶（Cz）和多晶（mc）硅衬底两者上面沉积抗反射涂层，并且由其制备太阳能电池。还制备了具有SiNx抗反射涂层的对比太阳能电池。
表17提供了获得的抗反射涂层的元素成分的汇总。与包括Si和C原子的其它前体比较，示出了从3MS和4MS沉积的SiCxNy膜以提供贫碳SiCxNy膜。
表18到21列出了与具有SiNx抗反射涂层的太阳能电池获得的对应值比较，SiCxNy太阳能电池的Voc、Jsc、FF和效率特性的不同。
一般地，钝化质量对Cz晶片的影响比对mc晶片的影响小并且可以看出ΔVoc（Cz）比ΔVoc（mc）更低。另外，表面电阻率更高时，ΔVoc被增大，即低表面电阻率发射极的ΔVoc低于高表面电阻率发射极的ΔVoc。
对于使用的源，可以看出用3MS和4MS提供的钝化质量类似于SiNx膜的钝化质量。因为这些，对于3MS即使在高表面电阻率Cz发射极（73Ω/sq）情况下，Voc的差异ΔVoc小于1mV。对于4MS，多晶45Ohm/sq发射极的ΔVoc仅1mV。
根据关系，Voc=kT/q*ln（Jsc/Joe+1），Jsc受钝化质量影响很大。然而，可以通过转换如膜的折射率（R.I.）和厚度的光学性质部分地补偿ΔJsc。因此，用于增加Jsc的机会比用于Voc的机会更多。在太阳能晶片的整个区域上的膜均匀性对获得较高的Jsc值同样重要。
钝化质量同样部分地影响FF，即，FF0=（voc-ln（voc+0.72））/（voc+1），其中voc=Voc/（nkT/q）。然而，FF还用作分流电阻，rsh，FF=FF0（1-（voc+0.7）/voc*FF0/rsh）。
对于制备的电池，没有观察到分流特性（shuntbehavior）但是发现FF依赖于碳含量，更高的碳含量使FF恶化。然而，对于由4MS制备的太阳能电池，在SiNx和SiCxNy电池之间没有观察到FF的本质差异。这可能是因为4MS涂敷的SiCxNy膜包含最低的碳浓度（与其它SiCxNy膜比较）。
观察到即使对于高薄层电阻（72Ω/sq）Cz和多晶发射极，由3MS和4MS制备的具有ARC的SiCxNy涂敷的太阳能电池提供与SiNx涂敷的太阳能电池可比较的效率。
表23提供用于沉积抗反射涂层的沉积速率和稀释速率。发现3MS和4MS的沉积需要更少的NH3稀释以制造就光学性能和钝化而言可比较的膜。然而，通过降低沉积速率实现贫碳SiCxNy膜的制备。
例如通过提高PECVD功率和/或通过改变其他等离子体参数以提高沉积速率是可能的。在另一个实施例中，可以通过制备多层ARC抵消对3MS和4MS的更低的沉积速率，每一层较薄（~小于30nm）并且沉积作为表面钝化层（SPL），并且在SPL顶上沉积由MS、2MS或气体混合物制备的另一较厚的层（~50nm）。
表17-抗反射涂层成分
表18-Voc变化(开路电压)
表19-Jsc变化(短路电流)
表20-FF变化(填充因子)
表21-效率变化
表22-沉积速率和NH3稀释比率
实例12
通过三甲基硅烷（3MS）的PE-CVD制备了具有SiCxNy前侧钝化和抗反射涂层的硅太阳能电池。
表23提供了照射太阳能电池后获得的电池参数，在图22a-f中画出了这些参数。
表23-照射后太阳能电池的参数
实例13
在非晶硅晶片上由有机硅烷源沉积碳氮化硅抗反射涂层以研究在产生的ARC中碳浓度的影响。
表24提供了用不同的工艺制备的SiCxNy膜中的碳含量的比较，各种膜的膜密度和相对钝化性能（Voc）的比较。根据该表，可以看出更低的碳浓度提供制备的膜的更高的质量密度并且还提供更好的钝化特性（更小的相对Voc损耗）。
表24-SiCxNy膜中的碳含量与钝化性能(Voc)与质量密度
还测量并且比较了多个ARC的碳和氢浓度，在图23中列出结果。根据该图，可以看出当碳浓度降低时，在涂层中的氢浓度下降。
实例14
在单晶Cz-Si晶片上制备太阳能电池，通过低频直接PECVD或双模（RF+MW）PECVD沉积SiCNARC。沉积各种比率的硅烷和甲烷以在ARC中给出变化的浓度。在表25中提供沉积信息和结果。
表25
实例15
在Si-Cz晶片上沉积各种SiN和SiCN膜以研究碳浓度对产生的膜的折射率的影响，以及对快速热处理（RTA）之前和之后寿命测量的影响。
使用不同比率的硅烷、甲烷和氨气沉积SiN和SiCN膜。以300W的RF功率和55秒的沉积时间进行所有的沉积。硅烷和氨的流量分别保持在53和123sccm，甲烷流量的变化如表26中列出的。该表还提供了另外的工艺特征以及获得的膜的特征。在图24和25中示出了表26中给出的折射率和寿命测量。
实例16
为了研究关于所使用的前体的LID特征，固定晶片坯料（stock）并且在由甲基硅烷气体和硅烷加甲烷制造的SiCN膜之间比较。
研究了具有用SiH4和CH4前体沉积的SiCN膜的太阳能电池（标记为SiCN*）。使用具有约3Ω.cm的体电阻率的衬底和约52Ohm/sq的表面电阻率的发射极。图26和27示出了LID损耗的结果并且参考SiN-SiH4基膜以及由其他前体制备的SiCN膜进行比较。就LID损耗而言，SiCN*组落入甲基硅烷基SiCN膜和参考SiN膜之间。虽然在SiCN*膜中存在的碳降低了LID效应，但是与具有由甲基硅烷制备的SiCN膜相比程度不大。
实例17
用具有60Ohm/sqn+POCL发射极的5”（149cm2）单晶2.1Ω.cmCz-Si晶片制备太阳能电池。用商业可获得的银浆糊（例如，FiveStar173B）形成太阳能电池的前接触
制造了具有由液体前体（4MS）或固体前体（PDMS）制备的单层SiCNARC和由液体（4MS）和固体（PDMS）前体制备的双层SiCNARC的电池。制备了具有SiH4基SiNx涂层的单独的电池用于比较。
表27提供了用于各种电池的沉积条件，并且在图28a-d中示出了电池测量。
表27-沉积条件
实例18
用具有60Ohm/sqn+POCL发射极的5”（149cm2）单晶2Ω.cmCz-Si晶片制备了太阳能电池。用商业可获得的银浆糊（例如，FiveStarS546D）形成太阳能电池的前接触
制造了具有由液体前体（4MS）制备的单层SiCNARC和由液体（4MS）和固体（PDMS）前体制备的双层SiCNARC的电池。制备了具有SiH4基SiNx涂层的单独的电池用于比较。
表28提供了用于不同电池的沉积条件，并且在图29a-d中示出了电池测量。
在作为制造太阳能电池的一部分的烧制步骤之前和之后，测量了用SiCN（LP）和SiNxARC的制备的太阳能电池的发射极饱和电流（Joe）。在图31e中提供了这些测量的结果。由图可以看出，在沉积后时（asdeposited），Joe（LP）<Joe（SiNx）但是烧制后Joe（LP）>Joe（SiNx）。不受理论束缚，相信此结果表明在烧制期间LP层单独不能提供足够的氢以获得光学钝化。
表28-沉积条件
实例19
用具有60Ohm/sqn+POCL发射极的5”（149cm2）单晶1.8Ω.cmCz-Si晶片制备了太阳能电池。用商业可获得的银浆糊（Dupont）形成太阳能电池的前接触
制造了具有由液体前体（4MS）或固体前体（PDMS）制备的单层SiCNARC或者由液体（4MS）和固体（PDMS）前体或者由硅烷和液体前体（4MS）制备的双层SiCNARC的电池。制备了具有SiH4基SiNx涂层的单独的电池用于比较。
表29提供了用于各种电池的沉积条件，并且在图30a-d中示出了电池测量。
表29-沉积条件
实例20
用具有55Ohm/sqn+POCL发射极的6”单晶Cz-Si晶片制备了太阳能电池。制造了具有由液体前体（4MS）和固体前体（PDMS）制备的双层ARC的电池。制备了具有SiH4-基SiNx涂层的单独的电池用于比较。用商业可获得的银浆糊（FiveStar）形成太阳能电池的前接触，并且用于形成接触的峰值温度是760℃。
为每个ARC变化制备了六个太阳能电池，并且在表30中提供了各自的结果，结果还在图31a-f中示出。
表30-双层ARC太阳能电池测量
实例21
用具有60Ohm/sqn+POCL发射极的5”（125×125mm）单晶Cz-Si晶片制备了太阳能电池（2母线类型）。制造了具有由液体前体（4MS）制备的双层ARC的电池，在第二层中的碳浓度大于第一层中的碳浓度。制备了具有SiH4-基SiNx涂层的单独电池用于比较。
在光暴露之前和之后表征获得的电池以列出电池的LID特性，其结果列于表31和32中。
表31-60Ω/sq发射极的效率和Voc
表32-45Ω/sq发射极的效率和Voc
实例22
用具有60Ohm/sqn+POCL发射极的6”（156×156mm）单晶Cz-Si晶片制备了太阳能电池（3母线类型）。制造了具有由液体前体（4MS）制备的单或双层ARC的电池。对于双层ARC，在第二层中的碳浓度大于第一层中的碳浓度。制备了具有SiH4-基SiNx涂层的单电池用于比较。
在光暴露之前和之后表征获得的电池以列出电池的LID特性，其结果列于表33和34中。
表33-SiN和SiCN(4MS)单层的电池测量
表34-SiN和SiCN(4MS)双层的电池测量
实例23
使用不同成分的双层ARC制备了五组太阳能电池和测试晶片。还制备了单层SiN层用于比较目的。表35中提供了变化的汇总，该表示出了用于制备不同ARC层的前体，以及每个单层的折射率和厚度。
表35
| 组 | 前体1(+NH3) | 第一层 | 前体2(+NH3) | 第二层 |
| 1 | SiH4 | n＝2.05，d＝80nm | na | na |
| 2 | 4MS | n＝1.98，d＝10nm | SiH4 | n＝2.05，d＝70nm |
| 3 | 4MS+CH4 | n＝1.98，d＝10nm | SiH4 | n＝2.05，d＝70nm |
| 4 | 4MS | n＝1.98，d＝20nm | SiH4 | n＝2.05，d＝60nm |
| 5 | SiH4 | n＝2.05，d＝30nm | 4MS | n＝1.98，d＝50nm |
在沉积前，每个晶片都进行湿化学处理，即，浸入5%HF溶液90s。
表36列出了实验沉积条件：
表36-沉积条件
*注意：示出了每一层的沉积条件
制备测试晶片以测量物理ARC特性。如上所述构成的ARC膜沉积到硅晶片上。
进行椭圆光度法(Spectroscopicellipsometrymeasurement)测量以测量每个ARC的折射率（n）、吸收系数（k）、厚度和表面粗糙度（s）。下面的表37列出了结果，并且图32示出了折射率和吸收效率曲线。
表37-椭圆光度法测量
注意：组3-是基于4MS加CH4的SiCN的单层的结果。
在630nm波长处的目标折射率对SiCN膜的是1.98并且对SiN参考是2.05。发现在300nm处SiCN膜的吸收低：k<0.01。在参考SiN膜中，吸收增加（300nm处k<0.03）
对于在450℃的温度下沉积的膜，发现膜的表面从3.5-8nm。发现膜的质量密度从~2.5到~3.0g/cm3变化，而单SiN参考膜的质量密度通常为~2.5g/cm3。表38示出了质量密度结果。
表38-膜质量密度
| 组# | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 5 |
| 密度(g/cm3) | 2.54 | 2.99 | 2.54 | 2.76 | 2.55 | 2.76 |
注意：组3-是基于4MS加CH4的SiCN的单层的结果。
通过俄歇技术测量了SiCN膜的成分。在表39中列出了平均浓度。
表39-俄歇测量
在此实验中制造了总计45个太阳能电池；每组五个。在p-型(硼掺杂)Cz，具有72ohm/sq(SC30)或45ohm/sq(SC40)的发射极薄层电阻的5”准正方形(pseudo-square)晶片上制备电池。对所有组在相同条件下进行金属化/烧制工艺和I-V表征。测量了电池的I-V特性并且在图33a-c中画出了获得的值(Voc、Jsc和Eff.)。对于所有的组，测量的填充因子的中间值～76％。
使用六个500W的灯的阵列从约50cm距离处照射电池，将其暴露于～1个太阳的光强下并且加热到约48℃。用来自PVMeasurements，Inc，模型IV16的太阳能电池I-V曲线测量仪测量I-V曲线，在16×16cm区域上的太阳模拟不均匀度优于+/-5％。
发现基于SC30衬底的太阳能电池在暴露于光照射后显示出电性能的高损耗。这些硅材料具有高氧浓度和～3Ω·cm的体电阻率。
图34a-d（SC30）和图35a-c（SC40）画出了在照射期间测量的Voc、Jsc、效率和填充因子（仅SC30）。
根据结果，可以看出光致衰退效应在具有SC30衬底的电池上更明显。在这些组中，相对效率损耗最高的是具有SiN膜的电池（~7.8%）并且具有SiCN20nm/SiN60nm（~4.7%）双层的电池相对效率损耗较低。在LID过程期间，在SC40材料中，其它被测试的组显示较低的性能损耗（相对效率~1.6%）。
实例24
制备了具有不同SiN和SiCN前侧钝化和抗反射涂层（ARC）的太阳能电池。在具有60、63、64或70Ohm/sqn+POCL发射极的硼掺杂的p-型CZ（Czochralski）单晶Si太阳电池上制备太阳能电池。
在表40和42中列出了各种沉积前体。用硅烷、甲烷和氨的混合物制备SiN膜，用硅烷、四甲基硅烷（4MS）和氨的混合物制备“混合（Hybrid）”膜。对于SiCN膜，一些膜制备成单层（SL），而其他的制备成具有不同特性（例如，化学成分和折射率）的SiCN膜的双层。
在表41中，提供了在表40中列出了每个沉积参数的ARC层的化学分析结果（俄歇和ERD）以及制备的太阳能电池的Voc测量结果。根据Voc的结果，可以看出通过混合工艺（hybridprocess）制备的ARC或用4MS制备的双层ARC的使用，提供低于SiN但却类似于SiN的钝化质量。
表43列出了根据在表42中列出的参数制备的ARC的化学分析结果（碳和氢浓度）。还提供了每个制备的ARC的各自的折射率。
根据表43中列出的结果，在图36中示出了碳浓度和折射率之间的关系。根据该图，可以看出用混合工艺制备的ARC在低碳浓度处提供更好的折射率。对于只用4MS制备的ARC，可以看出折射率与碳浓度略微成比例。
在图37中，示出了碳浓度和氢浓度与折射率的关系。根据该图，可以看出，与只用4MS制备的膜比较，特别是在低碳浓度下，混合工艺在ARC中提供更高的氢浓度。在图38中进一步阐明了此关系，很明显，在相似碳浓度下，与只用4MS制备的ARC相比，混合工艺提供了更高的氢浓度。
表43-ARC特性
| 配方 | 折射率630nm | [C]俄歇(原子％) | [H]ERD(原子％) |
| SiN(硅烷) | 2.05 | 0.01 | |
| SiN(硅烷) | 2.03 | 0.01 | 14.37 |
| 单层(4MS) | 1.91 | 6.02 | |
| 单层(4MS) | 1.98 | 7.72 | |
| 单层(4MS) | 1.98 | 8.58 | |
| 单层(4MS) | 1.98 | 9.28 | |
| 单层(4MS) | 1.96 | 7.42 | 10.11 |
| 单层(4MS) | 1.97 | 6.84 | 11.70 |
| 双层(4MS) | 2.00 | 17.40 | 13.63 |
| 双层(4MS) | 1.92 | 5.80 | 14.05 |
| 双层(4MS) | 1.92 | 5.87 | |
| 双层(4MS) | 1.92 | 5.84 | |
| 双层(4MS) | 1.92 | 5.78 | |
| 双层(4MS) | 1.92 | 6.10 | |
| 双层(4MS) | 1.98 | 11.84 | |
| 双层(4MS) | 1.98 | 11.48 | |
| 双层(4MS) | 1.98 | 11.78 | |
| 双层(4MS) | 1.98 | 11.98 | |
| 双层(4MS) | 1.94 | 7.04 | 12.99 |
| 双层(4MS) | 2.00 | 17.61 | 16.03 |
| 双层(4MS) | 1.92 | 5.59 | 11.48 |
| 双层(4MS) | 1.98 | 10.86 | 13.73 |
| 双层(4MS) | 1.92 | 5.59 | |
| 双层(4MS) | 1.98 | 10.80 | |
| 双层(4MS)(mod) | 1.92 | 5.48 | |
| 双层(4MS)(mod) | 1.98 | 11.61 | |
| 双层(4MS)(mod) | 1.92 | 5.41 | |
| 双层(4MS)(mod) | 1.98 | 11.56 | |
| 混合0.05 | 2.04 | 4.30 | 16.09 |
| 混合0.1 | 2.09 | 7.60 | 15.93 |
| 混合0.2 | 2.10 | 12.95 | 18.59 |
实例25
用SiCNARC在硼掺杂p-型CZ单晶Si晶片上制造4组太阳能电池（每组两个电池）。制备了具有从4MS和氨制备的双层SiCNARC的两个不同的电池组，同时制备了具有从硅烷、4MS和氨制备的单层混合层（hybridelayer）的另外的电池组。制备了具有SiNARC的另外的电池用于比较目的。
测量了制备后的太阳能电池的I-V特性，并在表44中示出。
表44-照射前I-V特性
然后，制备的电池在40℃的温度下照射24小时，在此时重复测量I-V特性。在表45中列出了照射后的测量值。
表45-照射后I-V特性
下面的表46、47和48中汇总了照射前和照射后的电池之间I-V特性的变化。
表46-源于LID的效率变化
表47-源于LID的Voc变化
表48-源于LID的JsC变化
实例26
沉积在织构CZ（Czochralski）单晶Si太阳能电池上的SiCxNy前侧钝化和抗反射涂层（ARC），伴随着标准SiH4-基SiNx涂层，在60Ohm/sqn+POCL发射极上。用暗I-V测量测量涂敷的太阳能电池以及SiNx涂敷的太阳能电池。
在PV测量系统上测试在具有60Ohm/sq的n-型POCL发射极的5”CZ单晶硅太阳能电池的暗电流-电压（I-V）特性。对于反向饱和电流测量，选择了两个偏置电压，即，-5V和-12V。
表49提供了获得的太阳能电池的参数，而在图39和表50中示出了暗I-V特性。
发现SiCxNy涂敷的太阳能电池具有良好的暗I-V特性，与SiNx涂敷的太阳能电池比较具有更低的反向漏电流。
基于在反向偏压下的暗I-V测量，沉积了SiCxNy钝化和ARC的太阳能电池具有较低的反向饱和（漏）电流（在-12V的负偏置电压下约0.06A），比用SiH4-基SiNx涂层沉积的那些太阳能电池的反向饱和（漏）电流（在-12V的负偏置电压下约0.5-0.6A）低一个数量级。
SiCxNy沉积的太阳能电池的较低的反向泄漏电流值是在光伏系统应用领域中的一个优势，特别是对于减少模块中热点的形成。当通过产生足够的功率以过加热电池的太阳能模块将电池驱动成反向模式时，甚至导致模块劣化下时，这些特性再次具有极大的重要性。
表49-SiCN涂敷和SiN涂敷的电池的太阳能电池参数
表50-反向饱和电流(Irev1at-5V，Irev2at-12V)
| 电池名称 | I暗-5V(A) | I暗-12V(A) |
| SiCN-4 | 0.026 | 0.066 |
| SiCN-2 | 0.025 | 0.063 |
| SiN-3 | 0.313 | 0.630 |
| SiN-5 | 0.250 | 0.480 |
实例27
对通过烧制在60Ohm/sqSiCN涂敷的和SiN涂敷的Cz-Si发射极上的Ag-基浆糊制备的太阳能电池进行SEM观察。
图40a和40b示出了SEM截面图，该图示出了在Ag和Si发射极之间薄玻璃层的形成。该层被认为是玻璃熔料和ARC（对图40a是SiCxNy或者对图40b是SiNx）的混合物。在图40c和40d中分别提供了SiCxNy涂敷的太阳能电池和SiNx涂敷的太阳能电池的另外的SEM图像。
根据该图，显示层的厚度依赖于使用的ARC，即，SiCxNy涂敷的电池的层厚度小于SiNx涂敷的电池的层厚度。这与随后的Ag浆糊的氧化还原反应相关：
（1）对于SiCxNy涂敷的电池：
Ag2O（在玻璃中）+SiCxNy（膜）→Ag+SiO2（在玻璃中）+CO2（g）+N2（g）
（2）对于SiNx涂敷的电池
Ag2O（在玻璃中）+SiCNx（膜）→Ag+SiO2（在玻璃中）+N2（g）
对于SiCxNy涂敷的电池可能是通过与碳反应减少了玻璃层（SiOx）的形成。因此，在通过银接触烧制的层的化学蚀刻期间，SiCxNy膜中的碳起到了还原剂的作用。
在图40a和40b中可以看出在该层上形成了不同尺寸和数目的Ag微晶。对于SiCxNy涂敷的电池，在硅表面附近观察到了小银沉淀物的较好分布。然而，对于SiNx涂敷的电池，观察到了Ag颗粒的更大和不均匀分布。
在Si发射极界面处形成的Ag微晶的分布和尺寸被认为影响欧姆接触与发射极的质量。期望大量小的Ag微晶的均匀分布，特别是对于浅发射极接触，因为过度生长进入发射极的Ag微晶的会引起结分流。
这些SEM观察与SiCxNy涂敷的电池和SiNx涂敷的电池比较获得的太阳能电池参数一致。对于SiCxNy涂敷的电池，观察到了放大一个数量级的较高的Rsh（分流电阻），更好的Rs（串联电阻）和更好的FF（填充因子）。
本观察显示，Ag微晶形成的化学和在烧制工艺期间的玻璃熔料可能受在太阳能电池顶部的ARC层的特性的影响，例如在SiCxNyARC中的碳的影响。
实例28
在SiCxNy太阳能电池的n-型和p-型侧制造欧姆金属半导体接触。在电池前侧使用银-基浆糊并且在电池背侧使用铝-基浆糊。
表51和52中示出了Al和Ag的印刷参数。
拥有六个加热区域和一个长的冷却区域的常规IR炉子被用于接触的形成。通过独立调整六个区域的加热设定点并且通过改变带速率获得烧制分布。表51提供了用于Cz6英寸晶片的典型的烧制分布。在12秒期间的燃烧温度是470℃并且峰值温度是760℃。在图41中可以看到烧制分布的图示。
表51-铝浆糊印刷参数
表52-银浆糊印刷参数
表53-烧制分布
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Claims (25)
1.一种太阳能电池，包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.％的碳浓度；以及
所述第二层包括氮化硅；或碳氮化硅，该碳氮化硅具有低于在所述第一层中的所述碳浓度的碳浓度和/或高于在所述第一层中的硅浓度的硅浓度，
其中所述前侧抗反射涂层通过将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到所述硅衬底而形成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于5％的初始内量子效率的减少。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率没有减少。
6.一种太阳能电池，包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.％的碳浓度以及小于14.5at.％的氢浓度，以及
所述第二层是含氢硅基膜，
其中所述前侧抗反射涂层通过将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到所述硅衬底而形成。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于5％的初始内量子效率的减少。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
10.根据权利要求6所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率没有减少。
11.一种太阳能电池，包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于10at.％的碳浓度；以及
所述第二层包括碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅或氧碳氮化硅，在所述第二层中的所述碳浓度大于在所述第一层中的所述碳浓度，
其中所述前侧抗反射涂层通过将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到所述硅衬底而形成。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于5％的初始内量子效率的减少。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
14.根据权利要求11所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
15.根据权利要求11所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率没有减少。
16.一种太阳能电池，包括：
硅衬底，包括硼、氧和碳，以及
前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，
所述碳氮化硅层具有渐变碳浓度，碳浓度随着与发射极的距离的增加而增加，所述碳氮化硅层在邻近所述衬底的第一30nm内具有小于10at.％的平均碳浓度，
其中所述前侧抗反射涂层通过将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到所述硅衬底而形成。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于5％的初始内量子效率的减少。
18.根据权利要求16所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
19.根据权利要求16所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
20.根据权利要求16所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率没有减少。
21.一种太阳能电池，包括：
硅基衬底，包括硼、氧和碳，以及
一个或多个含碳抗反射和钝化层，
所述衬底具有两个主表面以及所述一个或多个抗反射和钝化层与所述两个主表面中的一个或两个邻近，以及在所述衬底中在邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面处的碳浓度大于在所述衬底内的与两个主表面等距的深度处的碳浓度，
所述一个或多个含碳抗反射和钝化层通过将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到所述硅基衬底而形成。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于5％的初始内量子效率的减少。
23.根据权利要求21所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到1000nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
24.根据权利要求21所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于2％的初始内量子效率的减少。
25.根据权利要求21所述的太阳能电池，在1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率没有减少。
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