CN103022248B - 三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法 - Google Patents

三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三层复合结构减反射膜的光伏电池及其复合镀膜方法。本发明采用在太阳能光伏电池的硅片的表面，由里向外，沉积镀有三层膜厚与折射率分别为膜厚10nm，折射率2.3；膜厚22nm，折射率2.16；膜厚50nm，折射率2.0的复合结构的氮化硅减反射膜，通过复合膜层的折射合成，扩展硅片对各频谱波段的阳光的吸收带宽，最大限度地减少反射，以提高太阳能光伏电池的电转换效率的技术方案，克服了现有技术存在减反射频谱带宽狭窄、光电转换效率难以提高的问题与不足，通过三层复合结构的氮化硅减反射膜使太阳能光伏电池达到了扩展减反射频谱带宽、提高光电转换效率的目的。

Description

三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏电池，具体是指在太阳能光伏电池表面上沉积氮化硅减反射膜，用于减少表面反射提高光电转换效率的一种三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法。
背景技术
太阳能光伏电池为了减少表面反射提高电池的光电转换效率，需要在硅片表面上沉积一层氮化硅减反射膜。现有技术采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD使氮与硅结合，在硅片表面形成一层用于减少反射的氮化硅薄膜；现有技术的氮化硅减反射膜是单层膜，由于单层膜的减反射频谱带宽狭窄，仅对阳光辐射中的某些频谱波段的光具有减反射效果，而35％以上的其他频谱波段的阳光则被电池硅片表面反射，致使太阳能光伏电池因不能充分吸收其他波段的阳光辐照能而光电转换效率难以提高；因此，现有技术存在减反射频谱带宽狭窄、光电转换效率难以提高的问题与不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用在太阳能光伏电池的硅片的表面，由里向外，沉积三层膜厚与折射率分别为膜厚10nm，折射率2.3；膜厚22nm，折射率2.16；膜厚50nm，折射率2.0的复合结构的氮化硅减反射膜，通过复合膜层的折射合成，扩展硅片对各频谱波段的阳光辐射的吸收带宽，最大限度地减少反射，以提高太阳能光伏电池的光电转换效率的技术方案，提供一种三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法，旨在通过三层复合结构的氮化硅减反射膜使太阳能光伏电池，达到扩展减反射频谱带宽、提高光电转换效率的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法，包括三层复合结构减反射膜的光伏电池和复合镀膜方法，其中：所述的三层复合结构减反射膜的光伏电池为在太阳能光伏电池的硅片的外表面上，由里向外，沉积镀有第一层膜、第二层膜和第三层膜三层复合结构的氮化硅减反射膜的光伏电池片，所述第一层膜为膜厚10nm，折射率2.3的氮化硅减反射膜；所述第二层膜为膜厚22nm，折射率2.16的氮化硅减反射膜；所述第三层膜为膜厚50nm，折射率2.0的氮化硅减反射膜；
所述的复合镀膜方法为等离子体增强化学气相沉积法PECVD：
步骤一、入炉；
将经过表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀后的硅片插入石墨舟中，然后将石墨舟连同硅片一起放入PECVD沉积炉内，关闭炉门；
步骤二、充氮；
开启PECVD炉的氮气阀和排气阀，向PECVD炉内通入氮气，由氮气将PECVD炉内的空气替换排除，使PECVD炉内处于氮气气氛；之后，关闭排气阀，开启电加热，将PECVD炉内壁温度调至450℃，PECVD炉内氮气气压调至10000Pa，保持时间为320s；
步骤三、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氮气阀，开启PECVD炉的真空阀，将PECVD炉内的氮气抽出，使PECVD炉内处于真空状态，炉内真空度为100Pa，保持时间为180s；
步骤四、预沉积；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，开启PECVD炉的氨气阀，向炉内注入氨气，氨气的注入流量为6500ml/min，将炉内氨气气压维持在1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频脉冲功率为5200W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时210s，届时射频脉冲关闭；获得钝化硅片；
步骤五、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的氨气抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；
步骤六、镀第一层膜；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启PECVD炉的硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为950ml/min，氨气的流量为6500ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5500W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时80s，届时射频脉冲关闭；获得表面镀有膜厚为10nm，折射率为2.3的所述第一层膜的一层膜硅片；
步骤七、镀第二层膜；
关闭硅烷阀和氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的硅烷和氨气的混合气体抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；之后，在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为750ml/min，氨气的流量为6500ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1600Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时180s，届时射频脉冲关闭；获得在第一层膜表面上复合镀有膜厚为22nm，折射率为2.16的所述第二层膜的二层膜硅片；
步骤八、镀第三层膜；
关闭硅烷阀和氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的硅烷和氨气的混合气体抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；之后，在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为600ml/min，氨气的流量为7300ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1600Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时400s，届时射频脉冲关闭；获得在第二层膜表面上复合镀有膜厚为50nm，折射率为2.0的所述第三层膜的三层膜硅片；
之后，关闭电加热，开启排气阀使PECVD炉内气压与大气平衡，开启炉门，室温空气冷却，待PECVD炉内壁温度冷却至50℃度后，从炉内取出三层膜硅片移至下续工序继续进行加工作业，最终获得三层复合结构减反射膜的光伏电池制品。
工作原理及有益效果
本品通过复合膜层的折射合成，扩展了硅片对各频谱波段的阳光的吸收带宽，最大限度地减少了表面反射，提高了太阳能光伏电池的电转换效率。
上述，本发明采用在太阳能光伏电池的硅片的表面，由里向外，沉积镀有三层膜厚与折射率分别为膜厚10nm，折射率2.3；膜厚22nm，折射率2.16；膜厚50nm，折射率2.0的复合结构的氮化硅减反射膜，通过复合膜层的折射合成，扩展硅片对各频谱波段的阳光的吸收带宽，最大限度地减少反射，以提高太阳能光伏电池的电转换效率的技术方案，克服了现有技术存在减反射频谱带宽狭窄、光电转换效率难以提高的问题与不足，所提供的一种三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法，通过三层复合结构的氮化硅减反射膜使太阳能光伏电池达到了扩展减反射频谱带宽、提高光电转换效率的目的。
试验对比
一、现有技术的单层氮化硅减反射膜的光伏电池的试验数据：
编号：I号试品
二、三层复合结构氮化硅减反射膜的光伏电池的实验数据：
编号：II号试品
结论：项目7转化效率，II号试品的转化效率＞I号试品的转化效率；
项目4QE曲线，II号试品的短波响应优于I号试品的短波响应；
项目3外观，II号试品外观优于I号试品。
附图说明
图1是本发明的三层复合结构减反射膜的光伏电池的结构剖视示意图。
图中：第一层膜1、第二层膜2、第三层膜3、硅片4。
以下通过具体实施例对本发明的三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法作进一步详细说明，所属领域的技术人员可以参照实施例的复合镀膜方法在硅片上制得三层复合结构的减反射膜，但不应理解为对本发明的任何限制。
具体实施方式
参阅图1，本发明的一种三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法，包括三层复合结构减反射膜的光伏电池和复合镀膜方法，其中：所述的三层复合结构减反射膜的光伏电池为在太阳能光伏电池的硅片的外表面上，由里向外，沉积镀有第一层膜1、第二层膜2和第三层膜3三层复合结构的氮化硅减反射膜的光伏电池片，所述第一层膜1为膜厚10nm，折射率2.3的氮化硅减反射膜；所述第二层膜2为膜厚22nm，折射率2.16的氮化硅减反射膜；所述第三层膜3为膜厚50nm，折射率2.0的氮化硅减反射膜；
所述的复合镀膜方法为等离子体增强化学气相沉积法PECVD：
实施例
条件、设备
环境气压：一个大气压；
环境温度：室温；
制备设备：PECVD沉积炉；
工艺流程：入炉、充氮、抽真空、预沉积、抽真空、镀第一层膜、镀第二层膜、镀第三层膜；
步骤一、入炉；
将经过表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀后的硅片4插入石墨舟中，然后将石墨舟连同硅片4一起放入PECVD沉积炉内，关闭炉门；
步骤二、充氮；
开启PECVD炉的氮气阀和排气阀，向PECVD炉内通入氮气，由氮气将PECVD炉内的空气替换排除，使PECVD炉内处于氮气气氛；之后，关闭排气阀，开启电加热，将PECVD炉内壁温度调至450℃，PECVD炉内氮气气压调至10000Pa，保持时间为320s；
步骤三、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氮气阀，开启PECVD炉的真空阀，将PECVD炉内的氮气抽出，使PECVD炉内处于真空状态，炉内真空度为100Pa，保持时间为180s；
步骤四、预沉积；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，开启PECVD炉的氨气阀，向炉内注入氨气，氨气的注入流量为6500ml/min，将炉内氨气气压维持在1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频脉冲功率为5200W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时210s，届时射频脉冲关闭；获得钝化硅片；
步骤五、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的氨气抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；
步骤六、镀第一层膜；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启PECVD炉的硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为950ml/min，氨气的流量为6500ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5500W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时80s，届时射频脉冲关闭；获得表面镀有膜厚为10nm，折射率为2.3的所述第一层膜1的一层膜硅片；
步骤七、镀第二层膜；
关闭硅烷阀和氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的硅烷和氨气的混合气体抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；之后，在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为750ml/min，氨气的流量为6500ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1600Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时180s，届时射频脉冲关闭；获得在第一层膜1表面上复合镀有膜厚为22nm，折射率为2.16的所述第二层膜2的二层膜硅片；
步骤八、镀第三层膜；
关闭硅烷阀和氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的硅烷和氨气的混合气体抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；之后，在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为600ml/min，氨气的流量为7300ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1600Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时400s，届时射频脉冲关闭；获得在第二层膜2表面上复合镀有膜厚为50nm，折射率为2.0的所述第三层膜3的三层膜硅片；
之后，关闭电加热，开启排气阀使PECVD炉内气压与大气平衡，开启炉门，室温空气冷却，待PECVD炉内壁温度冷却至50℃后，从炉内取出三层膜硅片移至下续工序继续进行加工作业，最终获得三层复合结构减反射膜的光伏电池制品。

Claims (1)

1.一种三层复合结构减反射膜的光伏电池的复合镀膜方法，其特征在于：
步骤一、入炉；
将经过表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀后的硅片(4)插入石墨舟中，然后将石墨舟连同硅片(4)一起放入PECVD沉积炉内，关闭炉门；
步骤二、充氮；
开启PECVD炉的氮气阀和排气阀，向PECVD炉内通入氮气，由氮气将PECVD炉内的空气替换排除，使PECVD炉内处于氮气气氛；之后，关闭排气阀，开启电加热，将PECVD炉内壁温度调至450℃，PECVD炉内氮气气压调至10000Pa，保持时间为320s；
步骤三、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氮气阀，开启PECVD炉的真空阀，将PECVD炉内的氮气抽出，使PECVD炉内处于真空状态，炉内真空度为100Pa，保持时间为180s；
步骤四、预沉积；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，开启PECVD炉的氨气阀，向炉内注入氨气，氨气的注入流量为6500ml/min，将炉内氨气气压维持在1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频脉冲功率为5200W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时210s，届时射频脉冲关闭；获得钝化硅片；
步骤五、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的氨气抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；
步骤六、镀第一层氮化硅膜；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启PECVD炉的硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为950ml/min，氨气的流量为6500ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5500W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时80s，届时射频脉冲关闭；获得表面镀有膜厚为10nm，折射率为2.3的所述第一层氮化硅膜(1)的一层膜硅片；
步骤七、镀第二层氮化硅膜；
关闭硅烷阀和氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的硅烷和氨气的混合气体抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；之后，在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为750ml/min，氨气的流量为6500ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1600Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时180s，届时射频脉冲关闭；获得在第一层氮化硅膜(1)表面上复合镀有膜厚为22nm，折射率为2.16的所述第二层氮化硅膜(2)的二层膜硅片；
步骤八、镀第三层氮化硅膜；
关闭硅烷阀和氨气阀，开启真空阀，将PECVD炉内的硅烷和氨气的混合气体抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；之后，在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，硅烷的流量为600ml/min，氨气的流量为7300ml/min，使炉内硅烷和氨气的混合气体压力至1600Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为4/40，射频脉冲总用时400s，届时射频脉冲关闭；获得在第二层氮化硅膜(2)表面上复合镀有膜厚为50nm，折射率为2.0的所述第三层氮化硅膜(3)的三层膜硅片；
之后，关闭电加热，开启排气阀使PECVD炉内气压与大气平衡，开启炉门，室温空气冷却，待PECVD炉内壁温度冷却至50℃后，从炉内取出三层膜硅片移至下续工序继续进行加工作业，最终获得三层复合结构减反射膜的光伏电池制品。
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