CN104087910A - 一种多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备的方法。所述方法包括如下步骤：选用P型太阳能级的硅片作为衬底；利用氢氟酸和硝酸混合溶液进行制绒；磷扩散；刻蚀去边；去除磷硅玻璃；利用PECVD制备叠层减反射膜。该方法采用PECVD设备，通过适当改变气体流量比的方法实现叠层减反射膜制备。

Description

一种多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备的方法

技术领域

本发明设计一种多晶体硅太阳能电池叠层减反射膜制备的方法，属于新能源、半导体光电子等技术领域。

背景技术

在所有太阳能电池种类中，晶体硅太阳能电池技术最为成熟，已经得到广泛应用，这类太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池两种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在实验室里最高的光电转换效率为24.7％，大规模生产时的光电转换效率为17-18％，但由于单晶硅成本高，大幅度降低单晶硅太阳能电池的成本变得很困难。为了节省成本，采用不需要拉单晶步骤的多晶硅材料制作太阳能电池势在必行。实际上，最近几年太阳能电池产业界的重心已由单晶转向多晶方向发展。主要原因有：1)可供应单晶硅太阳能电池的头尾料越来越少；2)对太阳能电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；3)多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉生产周期(50小时)可生产200公斤以上的硅锭，晶粒尺寸可达到厘米级。

然而，多晶硅材料中含有大量的位错晶界和过渡金属等，这些杂质、缺陷和表面态是非平衡载流子的复合中心，导致多晶硅中少数载流子寿命及扩散长度降低。因此，为提高多晶硅太阳能电池的效率，目前太阳能电池行业内通常采用氮化硅对多晶硅进行表面钝化和体钝化；另外，多晶硅表面很难织构化，表面反射率过高，导致多晶硅电池的短路电流的降低，在多晶硅表面沉积一层减反射膜能有效电池表面反射率。目前，太阳能行业内，多晶硅太阳能电池氮化硅的沉积采用常规的PECVD设备来制备，但氮化硅薄膜一般为单层，氮化硅钝化效果和减反射效果有限，常规工艺下多晶硅太阳能电池的光电转换效率仅达到15-16％。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种利用PECVD设备制备叠层氮化硅减反射层的方法，制作高效、低成本多晶硅太阳能电池。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是，包括以下步骤：

(1)、选用纯度不小于99.999％的P型多晶硅片为基片，其电阻率为0.5-3Ω.cm，厚度范围为180-220微米。

(2)、采用HF、HNO3及水的混合溶液在多晶硅片表面制备凹坑状绒面；

(3)、将制备绒面后的多晶硅硅片放入高温扩散炉，实现磷掺杂，形成PN结，表面方块电阻范围为60-65Ω/◇；

(4)、将高温扩散后的硅片放入等离子体刻蚀机，去除扩散工艺过程中侧面形成的PN结；

(5)、将硅片放入HF酸及水的混合溶液，去除硅片表面的磷硅玻璃层；

(6)、采用PECVD设备在P型多晶硅硅片的掺杂层上沉积叠层Si3N4复合薄膜；

(7)、采用丝网印刷工艺制作背银电极、铝背场和正银电极，并进行高温烧结。

本发明的优点在于：

1)、叠层氮化硅减反射膜的沉积设备采用当今太阳能行业内广泛使用的PECVD设备，勿需购买新型设备，减少了工艺改进成本；

2)、叠层氮化硅的沉积选用常规的NH3和SiH4气体，末引入其他反应气体，工艺升级快速简单，不需进行管路系统和控制软件的升级和改造；

3)、叠层减反射膜沉积所需的工艺时间缩短和工艺温度降低30-50℃，增大了产能，降低了生产成本；

4)、沉积在硅片表面的叠层氮化硅减反射膜的折射率逐渐降低，增强了对各波长光的减反射效果，多晶硅电池表面反射率降低，并增强的钝化效果。故而该工艺简单、成本低廉。采用该专利技术制备的多晶硅太阳能电池光电转换效率大于17.0％。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

图1中，1为多晶硅片基体，经过氢氟酸与硝酸混合溶液制绒，绒面结构为凹坑状，如2所示，经过高温扩散，等离子体刻蚀，及磷硅玻璃清洗，之后进行PECVD淀积一定厚度氮化硅减反射膜，如3所示。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

1)购买常规铸锭、切片方法获得的厚度约为180微米厚的多晶硅片，电阻率为0.5Ω.cm。采用高温扩散工艺在硅片表面制备N型掺杂层，方块电阻60。采用等离子刻蚀工艺去除硅片边缘PN结，采用HF酸和水的混合溶液去除表面磷硅玻璃层。以NH3/SiH4＝5∶1的流量比，在之前处理的N型层上沉积折射率n＝2.1，厚度d＝30nm的氮化硅薄膜，随后按NH3/SiH4＝10∶1的比例在之前的氮化硅薄膜上生长n＝2.1，厚度d＝50nm的氮化硅层，完成叠层氮化硅薄膜的制备。采用丝网印刷和高温烧结工艺制作背银电极、铝背场和正银电极，完成多晶硅太阳能电池的制作。

2)购买常规铸锭、切片方法获得的厚度约为180微米厚的多晶硅片，电阻率为1.5Ω.cm。采用高温扩散工艺在硅片表面制备N型掺杂层，方块电阻65。采用等离子刻蚀工艺去除硅片边缘PN结，采用HF酸和水的混合溶液去除表面磷硅玻璃层。以NH3/SiH4＝4∶1的流量比，在之前处理的N型层上沉积折射率n＝2.2，厚度d＝30nm的氮化硅薄膜；按NH3/SiH4＝5∶1的比例在之前的氮化硅薄膜上生长n＝2.1，厚度d＝20nm的氮化硅层；按NH3/SiH4＝6∶1的流量比，沉积n＝2.0，厚度d＝20nm的氮化硅层；按NH3/SiH4＝9∶1的流量比，沉积n＝1.9，厚度d＝20nm的氮化硅层，完成叠层氮化硅薄膜的制备。采用丝网印刷和高温烧结工艺制作背银电极、铝背场和正银电极，完成多晶硅太阳能电池的制作。

Claims (6)

1.一种多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备工艺，其特征在于：将多晶硅片放置于PECVD腔室中；分步向该PECVD腔室送入不同流量配比的气体，依次沉积多层减反射膜。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：反应气体为氨气(NH3)和硅烷(SiH4)。 

3.按照权利要求1所述的多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备工艺，其特征在于：初始NH3/SiH4比例为4～6∶1。 

4.按照权利要求1所述的多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备工艺，其特征在于：最底层氮化硅膜生长完成后，NH3流量渐进式升高，而SiH4流量渐进式降低，逐步沉积后续氮化硅膜层。 

5.如权利要求1所述的多晶硅太阳能电池叠层减反射膜制备工艺，其特征在于：叠层氮化硅的折射率自下而上渐进式降低，并且是连续的。 

6.按照权利要求1所述的多晶硅太阳能电池叠层氮化硅制备工艺，其特征在于：叠层氮化硅薄膜的沉积是连续进行的，而不是沉积一层氮化硅后将多晶硅片从反应腔室内取出再沉积其他层。