CN103117310A - 双层氮化硅减反射膜及其制备方法 - Google Patents

双层氮化硅减反射膜及其制备方法 Download PDF

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陈博
武俊喜
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Abstract

本发明公开了一种双层氮化硅减反射膜及其制备方法。该双层氮化硅减反射膜由上、下两层氮化硅膜构成，下层氮化硅膜厚度为10nm～15nm，折射率为2.2～2.5，上层氮化硅膜厚度为70nm～75nm，折射率为2.0～2.05。制备时，取抛光单晶硅片，设定沉积温度、沉积压强和沉积功率恒定，采用PEVCD工艺在硅片的行进方向上设定两组先小后大的氨气与硅烷的气流量比参数和沉积时间，制得双层氮化硅减反射膜。本发明通过现有资源、在不添加其它设备等材料情况下、在同一台设备上通过两个工艺步骤达到制成两层相同质地但是不同性能参数的减反射膜、从而达到增加晶体硅表面钝化效果、减少晶硅表面的太阳光反射效果、增加硅片对长短波的吸收、提高效率。

Description

双层氮化硅减反射膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种双层氮化硅减反射膜及其制备方法。
背景技术
光伏领域通常使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积氮化硅薄膜，所制备的氮化硅薄膜含有Si、N、H等3种元素，通常表示为SiNx：H薄膜，它既起到表面钝化的作用，也起到减反射的作用。实际应用中，为了减小光学损失，往往会牺牲部分SiNx：H薄膜的钝化效果，而使得薄膜呈现出较好的综合的光电性能。因此，在满足光学要求的前提下，应该尽可能提高SiNx：H薄膜的表面钝化效果。因为二氧化硅薄膜比氮化硅薄膜具有更好的钝化效果，所以不少人采用了SiO2/SiNx：H双层薄膜来钝化硅片表面，期望可以提高表面钝化效果，进一步提高晶体硅太阳电池的光电转换效率。然而这种SiO2/SiNx：H堆积的双层薄膜一直没有能够在较低的成本下获得较好的钝化效果，所以至今没有被广泛的应用于P型晶体硅太阳电池的大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种双层氮化硅减反射膜及其制备方法。本发明利用管式PECVD在太阳电池片上沉积双层折射率和厚度均不同的SiNx：H薄膜来实现双膜的效果；这种双层SiNx：H薄膜是采用2组不同的硅烷氨气流量比在1次沉积过程中获得的，其下层氮化硅膜(靠近硅片)具有较高的折射率和较薄(10nm最佳)的厚度，而上层氮化硅膜具有较低的折射率和较厚的厚度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种双层氮化硅减反射膜，所述双层氮化硅减反射膜由上、下两层氮化硅膜构成，所述下层氮化硅膜厚度为10nm～15nm，折射率为2.2～2.5，所述上层氮化硅膜厚度为70nm～75nm，折射率为2.0～2.05。
优选地，所述双层氮化硅减反射膜的总厚度为85nm～90nm，总折射率为2.05～2.2。
本发明还涉及一种前述的双层氮化硅减反射膜的制备方法，所述制备方法为：取抛光单晶硅片，设定沉积温度、沉积压强和沉积功率恒定，采用PEVCD工艺在所述抛光单晶硅片的行进方向上设定两组氨气与硅烷的气流量比参数和沉积时间，制得所述双层氮化硅减反射膜；所述氨气与硅烷的气流量比参数的设定是先小后大的。
优选地，所述两组氨气与硅烷的气流量比分别为(4～4.5)∶1和(8～9)∶1。
进一步优选地，所述氨气与硅烷的气流量比为(4～4.5)∶1时对应的沉积时间为70～80s；所述氨气与硅烷的气流量比为(8～9)∶1时对应的沉积时间为600～650s。
进一步优选地，所述硅烷的流量为800～850ml/min。
优选地，所述沉积温度为400～450℃，所述沉积压强为1300～1800mtorr，所述沉积功率为5000～6000W。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、通过现有资源、在不添加其它设备等材料情况下、在同一台设备上通过两个工艺步骤达到制成两层相同质地但是不同性能参数的减反射膜、从而达到增加晶体硅表面钝化效果、减少晶硅表面的太阳光反射效果、增加硅片对长短波的吸收、提高效率；
2、通过对两组氨气与硅烷的气流量比参数和沉积时间的优化设计，使得制得上、下氮化硅的厚度和折射率为最优范围，从而增加晶体硅表面钝化效果的同时，最大程度地减少晶硅表面的太阳光反射效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的双层氮化硅减反射膜的制备工艺，具体如下：
选取P型(100)抛光单晶硅片，PEVCD射频频率13.56MHz，电压1080V，真空度165Pa，以氮气稀释的硅烷(体积分数2.5％，硅烷流量为800ml/min)和纯氨气为反应气体；设定沉积温度恒定为400℃、沉积压强恒定为1300mtorr、沉积功率恒定为5000W，采用PEVCD工艺在所述抛光单晶硅片的行进方向上依次设定氨气与硅烷的气流量比为4∶1，对应沉积时间80s，以及氨气与硅烷的气流量比为8∶1，对应沉积时间650s，制得本实施例的双层氮化硅减反射膜；
本实施例制得的双层氮化硅减反射膜，由上、下两层氮化硅膜构成，下层氮化硅膜(靠近硅片)厚度为15nm、折射率为2.2，上层氮化硅膜厚度为70nm、折射率为2.05，双层氮化硅减反射膜的总厚度为85nm、总折射率为2.1。采用常规工艺得到的单层氮化硅减反射膜的折射率通常低于2.05，膜厚为80nm左右；通过椭圆偏振测厚仪、外量子响应仪以及I-V特性等的测试结果表明，本实施例的折射率变化的双层SiNx：H薄膜，相比折射率单一的单层SiNx：H薄膜，具有更好的表面钝化效果，同时改进了直接镀膜方式的长短波响应差、表面钝化差等不利因素；并且，其制备工艺无需额外的成本增加、仅在原有基础上改进工艺即可达到很可观的经济效益。
实施例2
本实施例的双层氮化硅减反射膜的制备工艺，具体如下：
选取P型(100)抛光单晶硅片，PEVCD射频频率13.56MHz，电压1080V，真空度165Pa，以氮气稀释的硅烷(体积分数2.5％，硅烷流量为850ml/min)和纯氨气为反应气体；设定沉积温度恒定为450℃、沉积压强恒定为1800mtorr、沉积功率恒定为6000W，采用PEVCD工艺在所述抛光单晶硅片的行进方向上依次设定氨气与硅烷的气流量比为4.5∶1，对应沉积时间70s，以及氨气与硅烷的气流量比为9∶1，对应沉积时间600s，制得本实施例的双层氮化硅减反射膜；
本实施例制得的双层氮化硅减反射膜，由上、下两层氮化硅膜构成，下层氮化硅膜(靠近硅片)厚度为15nm、折射率为2.2，上层氮化硅膜厚度为75nm、折射率为2.0，双层氮化硅减反射膜的总厚度为90nm、总折射率为2.05。通过椭圆偏振测厚仪、外量子响应仪以及I-V特性等的测试结果表明，本实施例的折射率变化的双层SiNx：H薄膜，相比折射率单一的单层SiNx：H薄膜，具有更好的表面钝化效果，同时改进了直接镀膜方式的长短波响应差、表面钝化差等不利因素；并且，其制备工艺无需额外的成本增加、仅在原有基础上改进工艺即可达到很可观的经济效益。
实施例3
本实施例的双层氮化硅减反射膜的制备工艺，具体如下：
1)选取P型(100)抛光单晶硅片，PEVCD射频频率13.56MHz，电压1080V，真空度165Pa，以氮气稀释的硅烷(体积分数2.5％，硅烷流量为820ml/min)和纯氨气为反应气体；设定沉积温度恒定为420℃、沉积压强恒定为1500mtorr、沉积功率恒定为5500W，采用PEVCD工艺在所述抛光单晶硅片的行进方向上依次设定氨气与硅烷的气流量比为4.2∶1，对应沉积时间75s，以及氨气与硅烷的气流量比为8.5∶1，对应沉积时间620s，制得本实施例的双层氮化硅减反射膜；
本实施例制得的双层氮化硅减反射膜，由上、下两层氮化硅膜构成，下层氮化硅膜(靠近硅片)厚度为10nm、折射率为2.5，上层氮化硅膜厚度为75nm、折射率为2.05，双层氮化硅减反射膜的总厚度为85nm、总折射率为2.2。通过椭圆偏振测厚仪、外量子响应仪以及I-V特性等的测试结果表明，本实施例的折射率变化的双层SiNx：H薄膜，相比折射率单一的单层SiNx：H薄膜，具有更好的表面钝化效果，同时改进了直接镀膜方式的长短波响应差、表面钝化差等不利因素；并且，其制备工艺无需额外的成本增加、仅在原有基础上改进工艺即可达到很可观的经济效益。
综上所述，本发明通过现有资源、在不添加其它设备等材料情况下、在同一台设备上通过两个工艺步骤达到制成两层相同质地但是不同性能参数的减反射膜、从而达到增加晶体硅表面钝化效果、减少晶硅表面的太阳光反射效果、增加硅片对长短波的吸收、提高效率。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种双层氮化硅减反射膜，其特征在于，所述双层氮化硅减反射膜由上、下两层氮化硅膜构成，所述下层氮化硅膜厚度为10nm～15nm，折射率为2.2～2.5，所述上层氮化硅膜厚度为70nm～75nm，折射率为2.0～2.05。
2.根据权利要求1所述的双层氮化硅减反射膜，其特征在于，所述双层氮化硅减反射膜的总厚度为85nm～90nm，总折射率为2.05～2.2。
3.一种根据权利要求1所述的双层氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：取抛光单晶硅片，设定沉积温度、沉积压强和沉积功率恒定，采用PEVCD工艺在所述抛光单晶硅片的行进方向上设定两组氨气与硅烷的气流量比参数和沉积时间，制得所述双层氮化硅减反射膜；所述氨气与硅烷的气流量比参数的设定是先小后大的。
4.根据权利要求3所述的双层氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，所述两组氨气与硅烷的气流量比分别为(4～4.5)∶1和(8～9)∶1。
5.根据权利要求4所述的双层氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，所述氨气与硅烷的气流量比为(4～4.5)∶1时对应的沉积时间为70～80s；所述氨气与硅烷的气流量比为(8～9)∶1时对应的沉积时间为600～650s。
6.根据权利要求4所述的双层氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷的流量为800～850ml/min。
7.根据权利要求3所述的双层氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，所述沉积温度为400～450℃，所述沉积压强为1300～1800mtorr，所述沉积功率为5000～6000W。
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