CN104091838A - 高转化效率抗pid晶体硅太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

高转化效率抗pid晶体硅太阳能电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及晶体硅太阳能电池制造技术，具体是一种高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池及其制造方法。该高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池包括有硅衬底、沉积在硅衬底上的氧化硅膜层、沉积在氧化硅膜层上的一层或多层氮化硅膜层、沉积在氮化硅膜层上的氮氧化硅膜层；所述氧化硅膜层的膜厚为1-10nm；所述一层或多层氮化硅膜层的总厚度为60nm-100nm、折射率为2.0-2.4；所述氮氧化硅膜层的膜厚为10nm-150nm、折射率为1.5-2.0。本发明能够提高晶体硅太阳能电池的转化效率，并且也具有抗PID的作用。

Description

高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制造技术，具体是一种高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池及其制造方法。
背景技术
常规晶体硅太阳能电池减反射膜主要是使用PECVD法(等离子体气相沉积法)沉积氮化硅SiNx作为减反膜。这种常规的减反射膜不具有抗PID的能力，不能满足市场的需要。
现有的抗PID的晶体硅太阳能电池制作方法主要是在减反射膜(氮化硅)沉积之前沉积一层氧化硅，沉积方法如，干氧氧化，紫外光照射，臭氧氧化或者一氧化二氮氧化等，从而起到抗PID的作用。其存在的不足是：
1、干氧氧化需要增加额外的昂贵设备，且对设备炉管洁净性要求很高，且需要增加一道工序，工艺较复杂；
2、臭氧氧化和紫外光照射均需要增加设备，虽然工艺简单，但是容易造成电池片外观不良比例大幅增加；
3、一氧化二氮氧化只需要在集成在镀膜工艺中，不需要增加设备，工艺简单，但是单纯的一氧化二氮氧化制作抗PID的电池片转化效率方面略有降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高晶体硅太阳能电池的转化效率，并且也具有抗PID的作用的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池及其制造方法。
本发明的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池包括有硅衬底、沉积在硅衬底上的氧化硅膜层、沉积在氧化硅膜层上的一层或多层氮化硅膜层、沉积在氮化硅膜层上的氮氧化硅膜层；所述氧化硅膜层的膜厚为1-10nm；所述一层或多层氮化硅膜层的总厚度为60nm-100nm、折射率为2.0-2.4；所述氮氧化硅膜层的膜厚为10nm-150nm、折射率为1.5-2.0。
优选地，所述氮化硅膜层具有两层；下层氮化硅膜层的厚度为20nm－40nm，折射率为2.25－2.35；上层氮化硅膜层的厚度为40nm－60nm，折射率为2.0－2.05。
优选地所述氮氧化硅膜层的膜厚为30nm－50nm，折射率为1.5。
优选地所述氧化硅膜层的厚度为2－3nm。
本发明的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池的制造方法包括在下步骤：
步骤一，预热，硅片进入管式镀膜设备反应腔体，通入氮气和氨气，氮气流量为1000-6000sccm/min，氨气流量为1000-6000sccm/min，打开射频电源进行对石墨舟和硅片进行加热，射频功率为4000-10000W，压力范围0.8-1.8Torr，时间为100-400sec，温度为300-550℃；
步骤二，氧化硅膜层沉积，通入一氧化二氮气体，气体流量为1000-6000sccm/min，压力范围0.8-1.8Torr，沉积时间为50-200sec，在硅片表面沉积一层厚度为1-10nm的氧化硅膜层；
步骤三，抽真空，将反应腔体中反应残留气体抽出，为后续氮化硅和氮氧化硅的沉积做准备；
步骤四，沉积氮化硅膜层，向反应腔体充入反应气体氨气和硅烷，硅烷流量200-1000sccm/min(优选为600－800sccm/min)，氨气流量2000-10000sccm/min(优选为3000－7000sccm/min)，压力范围0.8-1.8Torr；射频电源打开，射频功率为4000-10000W，在镀膜过程中通过控制反应气体比例、压力以及射频功率的变化形成一层或多层膜厚20nm-80nm、折射率2.0-2.4的氮化硅膜层；
步骤五，氮氧化硅膜层沉积，通入沉积氮氧化硅所需的气体氨气、硅烷和一氧化二氮，硅烷流量50-500sccm/min，一氧化二氮流量1000-6500sccm/min，氨气流量0-1000sccm/min，射频功率为5000-11000W，压力为0.7-1.7Torr；射频电源打开，在镀膜过程中通过控制反应气体比例、压力以及射频功率的变化形成膜厚10nm-150nm、折射率1.5-2.0的氮氧化硅膜层；
步骤六，抽真空，通氮气，完成工艺。
本发明的方法可集成在现有镀膜工艺中，不需要增加设备，工艺简单，不会造成电池片外观不良，使用一氧化二氮氧化制作氧化硅膜层可以帮助电池片有效消除PID效应，而在最外层沉积氮氧化硅膜层不但可以有效增强膜层对太阳光的通透性，提高电池对太阳光的吸收能力，提高电池的转化效率，而且也具有抗PID的作用。
附图说明
图1是本发明的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池的各层结构示意图。
具体实施方式
如图，该高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池包括有硅衬底1、沉积在硅衬底上的氧化硅膜层2、沉积在氧化硅膜层上的一层或多层氮化硅膜层3、沉积在氮化硅膜层上的氮氧化硅膜层4；所述氧化硅膜层的膜厚为1-10nm；一层或多层氮化硅膜层的总厚度为60nm-100nm、折射率为2.0-2.4；氮氧化硅膜层的膜厚为10nm-150nm、折射率为1.5-2.0。
下面结合实施例对本发明的方法及产品作进一步说明。
实施例一：
步骤一，预热，硅片进入管式镀膜设备反应腔体，通入氮气和氨气，氮气流量为3000sccm/min，氨气流量为3000sccm/min，打开射频电源进行对石墨舟和硅片进行加热，射频功率为5800W，压力范围1.0为Torr，时间为240sec，温度为410℃；
步骤二，氧化硅膜层沉积，通入一氧化二氮气体，气体流量为5000sccm/min，压力为1.0Torr，沉积时间为160sec，在硅片表面沉积一层厚度为2-3nm的氧化硅膜层；
步骤三，抽真空，将反应腔体中反应残留气体抽出，为后续氮化硅和氮氧化硅的沉积做准备；
步骤四，恒压，向反应腔体充入反应气体氨气和硅烷，硅烷流量为880sccm/min，氨气流量为3400sccm/min，压力为1.8Torr；
步骤五，第一层氮化硅膜层沉积，射频电源打开，射频功率为7000W，镀膜时间为150sec，形成膜厚为20-40nm、折射率2.33的氮化硅膜层；
步骤六，第二层氮化硅膜层沉积，射频电源关闭，硅烷流量变为780sccm/min，氨气流量变为6800sccm/min，压力位1.7Torr，保持5-10sec，打开射频电源，功率为7000W，进行第二层氮化硅膜层沉积，时间为500sec，形成膜厚为40-60nm，折射率为2.05的氮化硅膜层；
步骤七，恒压，通入沉积氮氧化硅所需的气体氨气，硅烷和一氧化二氮，硅烷流量为200sccm/min，一氧化二氮流量为3000sccm/min，氨气流量为0sccm/min，射频功率为9000W，压力为0.9Torr；
步骤八，氮氧化硅膜层沉积，射频电源打开，时间为400sec，形成膜厚30-50nm、折射率1.5的氮氧化硅膜层；
步骤九，抽真空，通氮气，完成工艺。
实验效率对比以及PID测试结果如下表所示，
效率对比 短路电流 开路电压 串联电阻 并联电阻 漏电 填充因子 转化效率
对比组 8.681 0.6276 0.00235 666.2 0.077 0.7964 17.830
实验组 8.758 0.6269 0.00229 595.1 0.091 0.7957 17.951
抗PID行业标准为PID测试前后功率衰减率小于5％。
测试条件：铝框与电池负电极之间加载-1000V高压；环境温度为85℃，相对湿度85％，测试时间96小时。
实施例二、
步骤一，预热，硅片进入管式镀膜设备反应腔体，通入氮气和氨气，氮气流量为3000sccm/min，氨气流量为3000sccm/min，打开射频电源进行对石墨舟和硅片进行加热，射频功率为5800W，压力范围1.0为Torr，时间为240sec，温度为410℃；
步骤二，氧化硅膜层沉积，通入一氧化二氮气体，气体流量为5000sccm/min，压力为1.0Torr，沉积时间为160sec，在硅片表面沉积一层厚度为2-3nm的氧化硅膜层；
步骤三，抽真空，将反应腔体中反应残留气体抽出，为后续氮化硅和氮氧化硅的沉积做准备；
步骤四，恒压，向反应腔体充入反应气体氨气和硅烷，硅烷流量为840sccm/min，氨气流量为3400sccm/min，压力为1.8Torr；
步骤五，第一层氮化硅膜层沉积，射频电源打开，射频功率为7000W，镀膜时间为150sec，形成膜厚为20-40nm、折射率2.31的氮化硅膜层；
步骤六，第二层氮化硅膜层沉积，射频电源关闭，硅烷流量变为680sccm/min，氨气流量变为7800sccm/min，压力位1.7Torr，保持5-10sec，打开射频电源，功率为7000W，进行第二层氮化硅膜层沉积，时间为500sec，形成膜厚为40-60nm，折射率为2.03的氮化硅膜层；
步骤七，恒压，通入沉积氮氧化硅所需的气体氨气，硅烷和一氧化二氮，硅烷流量为200sccm/min，一氧化二氮流量为3000sccm/min，氨气流量为0sccm/min，射频功率为9000W，压力为0.9Torr；
步骤八，氮氧化硅膜层沉积，射频电源打开，时间为400sec，形成膜厚30-50nm、折射率1.5的氮氧化硅膜层；
步骤九，抽真空，通氮气，完成工艺。
实验效率对比以及PID测试结果如下表所示，
效率对比 短路电流 开路电压 串联电阻 并联电阻 漏电 填充因子 转化效率
对比组 8.681 0.6276 0.00235 666.2 0.077 0.7964 17.830
实验组 8.767 0.6271 0.00226 495.7 0.112 79.6090 17.985
抗PID行业标准为PID测试前后功率衰减率小于5％。
测试条件：铝框与电池负电极之间加载-1000V高压；环境温度为85℃，相对湿度85％，测试时间96小时。
实施例三、
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面太阳能电池镀膜工艺给出实例进行详细说明。
步骤一，预热，硅片进入管式镀膜设备反应腔体，通入氮气和氨气，氮气流量为3000sccm/min，氨气流量为3000sccm/min，打开射频电源进行对石墨舟和硅片进行加热，射频功率为5800W，压力范围1.0为Torr，时间为240sec，温度为410℃；
步骤二，氧化硅膜层沉积，通入一氧化二氮气体，气体流量为5000sccm/min，压力为1.0Torr，沉积时间为160sec，在硅片表面沉积一层厚度为2-3nm的氧化硅膜层；
步骤三，抽真空，将反应腔体中反应残留气体抽出，为后续氮化硅和氮氧化硅的沉积做准备；
步骤四，恒压，向反应腔体充入反应气体氨气和硅烷，硅烷流量为780sccm/min，氨气流量为3500sccm/min，压力为1.8Torr；
步骤五，第一层氮化硅膜层沉积，射频电源打开，射频功率为7000W，镀膜时间为150sec，形成膜厚为20-40nm、折射率2.25的氮化硅膜层；
步骤六，第二层氮化硅膜层沉积，射频电源关闭，硅烷流量变为600sccm/min，氨气流量变为6800sccm/min，压力位1.5Torr，保持5-10sec，打开射频电源，功率为7000W，进行第二层氮化硅膜层沉积，时间为500sec，形成膜厚为40-60nm，折射率为2.02的氮化硅膜层；
步骤七，恒压，通入沉积氮氧化硅所需的气体氨气，硅烷和一氧化二氮，硅烷流量为200sccm/min，一氧化二氮流量为3000sccm/min，氨气流量为0sccm/min，射频功率为9000W，压力为0.9Torr；
步骤八，氮氧化硅膜层沉积，射频电源打开，时间为400sec，形成膜厚30-50nm、折射率1.5的氮氧化硅膜层；
步骤九，抽真空，通氮气，完成工艺。
实验效率对比以及PID测试结果如下表所示，
效率对比 短路电流 开路电压 串联电阻 并联电阻 漏电 填充因子 转化效率
对比组 8.681 0.6276 0.00235 666.2 0.077 0.7964 17.830
实验组 8.781 0.6274 0.00221 606.2 0.097 0.7960 18.021
抗PID行业标准为PID测试前后功率衰减率小于5％。
测试条件：铝框与电池负电极之间加载-1000V高压；环境温度为85℃，相对湿度85％，测试时间96小时。

Claims (6)

1.一种高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池，其特征是：它包括有硅衬底、沉积在硅衬底上的氧化硅膜层、沉积在氧化硅膜层上的一层或多层氮化硅膜层、沉积在氮化硅膜层上的氮氧化硅膜层；所述氧化硅膜层的膜厚为1-10nm；所述一层或多层氮化硅膜层的总厚度为60nm-100nm、折射率为2.0-2.4；所述氮氧化硅膜层的膜厚为10nm-150nm、折射率为1.5-2.0。
2.根据权利要求1所述的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池，其特征是：所述氮化硅膜层具有两层；下层氮化硅膜层的厚度为20nm－40nm，折射率为2.25－2.35；上层氮化硅膜层的厚度为40nm－60nm，折射率为2.0－2.05。
3.根据权利要求1所述的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池，其特征是：优选地所述氮氧化硅膜层的膜厚为30nm－50nm，折射率为1.5。
4.根据权利要求1所述的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池，其特征是优选地所述氧化硅膜层的厚度为2－3nm。
5.一种高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池的制造方法，其特征是：包括在下步骤，
步骤一，预热，硅片进入管式镀膜设备反应腔体，通入氮气和氨气，氮气流量为1000-6000sccm/min，氨气流量为1000-6000sccm/min，打开射频电源进行对石墨舟和硅片进行加热，射频功率为4000-10000W，压力范围0.8-1.8Torr，时间为100-400sec，温度为300-550℃；
步骤二，氧化硅膜层沉积，通入一氧化二氮气体，气体流量为1000-6000sccm/min，压力范围0.8-1.8Torr，沉积时间为50-200sec，在硅片表面沉积一层厚度为1-10nm的氧化硅膜层；
步骤三，抽真空，将反应腔体中反应残留气体抽出，为后续氮化硅和氮氧化硅的沉积做准备；
步骤四，沉积氮化硅膜层，向反应腔体充入反应气体氨气和硅烷，硅烷流量200-1000sccm/min，氨气流量2000-10000sccm/min，压力范围0.8-1.8Torr；射频电源打开，射频功率为4000-10000W，在镀膜过程中通过控制反应气体比例、压力以及射频功率的变化形成一层或多层膜厚20nm-80nm、折射率2.0-2.4的氮化硅膜层；
步骤五，氮氧化硅膜层沉积，通入沉积氮氧化硅所需的气体氨气、硅烷和一氧化二氮，硅烷流量50-500sccm/min，一氧化二氮流量1000-6500sccm/min，氨气流量0-1000sccm/min，射频功率为5000-11000W，压力为0.7-1.7Torr；射频电源打开，在镀膜过程中通过控制反应气体比例、压力以及射频功率的变化形成膜厚10nm-150nm、折射率1.5-2.0的氮氧化硅膜层；
步骤六，抽真空，通氮气，完成工艺。
6.根据权利要求5所述的高转化效率抗PID晶体硅太阳能电池的制造方法，其特征是：所述步骤四中，硅烷流量为600－800sccm/min，氨气流量为3000－7000sccm/min。
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