CN104498908A - 一种用于制备组件晶硅太阳能电池pecvd镀膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备组件抗PID特性的晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，可以在保证电池片转换效率不下降的前提下，制备出具有抗PID特性的太阳能电池封装组件。它在硅片表面沉积一种由内到外的氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层减反射膜，使叠层膜具有：内层氮化硅膜具有良好的氢体钝化效果，保证电池片转换效率不下降；二氧化硅膜具有阻碍Na4离子特性，以致组件具有抗PID效果。本发明的有益效果是：只需要调整PECVD镀膜工艺方案，不需要添加设备，不增加电池制程工序，就可以在保证转换效率不下降的前提下，具有抗PID效果；该方案简单可行、成本低廉，且能够用于工业化大生产；适用于所有单晶、多晶晶硅太阳能电池的管式PECVD镀膜设备。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其是指一种用于制备组件抗PID特性的晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺。
背景技术
作为一项代替传统能源发电技术，“光伏”被认为是最有前景的新能源产业之一。近些年来，以晶硅太阳能电池为主的光伏产业大规模发展，光伏产品已经被用于各个地方、各个行业。然而，随着行业的发展，需求的提高，光伏产品的质量要求也越来越严格。例如，组件抗PID(Potential InducedDegradation，电位诱导衰减)能力一直是衡量光伏组件质量的一个最重要方面。
PID现象是指组件在高电压的作用下，组件的封装材料和组件上表面层及下表面层的材料中出现的金属离子迁移现象，主要是指玻璃中的Na+离子发生迁移，电池中出现热载流子现象，电荷的再分配削减了电池的活性层从而引起组件功率下降。
一般解决光伏组件PID现象有两个途径，一种是在组件端采用特殊的封装材料，如玻璃、EVA等，但制造成本很高；另一种是在电池片端解决，调整电池片工艺，使电池片结合常规封装材料的组件同样具有抗PID能力。在电池端解决组件PID现象被认为是一种成本低廉、最有效果的途径。在电池端解决组件PID现象最常用的方法是在硅片表面生成一层SiO2膜，利用SiO2膜能够阻碍金属离子的特性，使电池具有抗组件PID能力。在太阳能晶硅电池的制程中，可以通过很多方法在硅片表面形成SiO2膜。最常见的是在PECVD镀减反射成工序里，利用N2O和SiH4气体，通过PECVD的射频形成等离子体，在硅片表面沉积一层SiO2膜，反应如(1)式：
随后通入NH3和SiH4气体在二氧化硅膜上叠加Si3N4膜，做减反射层。然而，量产数据表明，经过二氧化硅——氮化硅叠层PECVD镀膜工艺，电池片转换效率相比常规工艺会有下降。
众所周知，利用NH3和SiH4在PECVD条件下生长的氮化硅膜是一种富含氢的膜层，有高达25％的氢成分，氢离子在后续的高温烧结工艺中可以获得良好的表面钝化和体钝化效果。而SiO2膜在生成的时候不会产生大量的氢离子，不具备良好的氢体钝化效果，仅仅存在表面钝化作用。相比常规单一氮化硅膜镀膜工艺，二氧化硅——氮化硅叠层膜工艺会造成电池片效率的下降。
本发明公开了一种制备抗PID组件的晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，可以再保证电池片转换效率不下降的前提下，制备出具有抗PID效果的太阳能电池封装组件。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种用于制备组件抗PID特性的晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，可以在保证电池片转换效率不下降的前提下，制备出具有抗PID特性的太阳能电池封装组件。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，在硅片表面沉积一种由内到外的氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层减反射膜的PECVD工艺，具体操作工艺如下：
(1)将完成制绒、扩散、刻蚀清洗几道工序的硅片送入管式PECVD炉管中，在400-500℃的温度下，先后完成抽真空、NH3清洗、N2气吹扫、抽真空工艺步骤；
(2)随后通入SiH4和NH3制备内层氮化硅膜；
(3)在完成内层氮化硅膜工艺后，抽真空，随后通入SiH4和N2O制备二氧化硅膜；
(4)在完成二氧化硅膜工艺后，抽真空，随后通入SiH4和NH3制备外层氮化硅膜；
(5)在完成外层氮化硅镀膜工艺后，先后完成抽真空、N2气吹扫、充N2恢复常压、出片，至此完成整个氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层膜镀膜工序。
在硅片表面沉积一种由内到外的氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层减反射膜，使叠层膜具有：内层氮化硅膜具有良好的氢体钝化效果，保证电池片转换效率不下降；二氧化硅膜具有阻碍Na+离子特性，以致组件具有抗PID效果。本发明创造制备出的太阳能电池封装组件，只需要调整PECVD镀膜工艺方案，不需要添加设备，不增加电池制程工序，就可以在保证转换效率不下降的前提下，具有抗PID效果；该方案简单可行、成本低廉，且能够用于工业化大生产；适用于所有单晶、多晶晶硅太阳能电池的管式PECVD镀膜设备。
作为优选，在步骤(2)中，制备内层氮化硅膜的具体工艺条件为：通入SiH4流量控制在1000-2000sccm(标况毫升每分，体积流量单位)，NH3流量控制在4000-8000sccm；炉管内压力设置在1600—1800mTorr(毫托，压强单位)，温度设置在400-500℃，射频功率设置在3000-4000W。通过调整气体流量比、工艺时间以及射频功率等因素，以提高抗PID效果。
作为优选，在步骤(2)中，通入SiH4和NH3流量比控制在1∶4—1∶6之间，内层氮化硅膜的折射率在2.05-2.2之间；内层氮化硅膜镀膜工艺时间控制在10-100s，内层氮化硅膜的厚度在5-20nm。合理匹配各膜层折射率、膜厚等参数，以提高抗PID效果。
作为优选，在步骤(3)中，制备二氧化硅膜的具体工艺条件为：通入SiH4流量控制在1000-2000sccm，N2O流量控制在2000-5000sccm；炉管内压力设置在1600—1800mTorr，温度设置在400-500℃，射频功率设置在3000-4000W。通过调整气体流量比、工艺时间以及射频功率等因素，以提高抗PID效果。
作为优选，在步骤(3)中，通入SiH4和N2O流量比控制在1∶1.5—1∶2.5之间，二氧化硅膜的折射率在1.4—1.8之间；二氧化硅膜镀膜工艺时间控制在10—50s，二氧化硅膜的厚度在3—10nm。合理匹配各膜层折射率、膜厚等参数，以提高抗PID效果。
作为优选，在步骤(4)中，制备外层氮化硅膜的具体工艺条件为：通入SiH4流量控制在400-800sccm，NH3流量控制在4000-6000sccm；炉管内压力设置在1600—1800mTorr，温度设置在400-500℃，射频功率设置在3000-4000W。通过调整气体流量比、工艺时间以及射频功率等因素，以提高抗PID效果。
作为优选，在步骤(4)中，通入SiH4和NH3流量比控制在1∶8—1∶10之间，外层氮化硅膜的折射率在1.9-2.05之间；外层氮化硅膜镀膜工艺时间控制在200-600s，外层氮化硅膜的厚度在50—80nm。合理匹配各膜层折射率、膜厚等参数，以提高抗PID效果。
本发明的有益效果是：只需要调整PECVD镀膜工艺方案，不需要添加设备，不增加电池制程工序，就可以在保证转换效率不下降的前提下，具有抗PID效果；该方案简单可行、成本低廉，且能够用于工业化大生产；适用于所有单晶、多晶晶硅太阳能电池的管式PECVD镀膜设备。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施实例1：
将P型156多晶硅片依次经过酸制绒、扩散、湿法刻蚀清洗几个工序，依照本发明所述的方案，在管式PECVD炉管中制备氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层膜；制备内层氮化硅膜的具体工艺为：通入SiH4流量为1000sccm，通入NH3流量为5000sccm，炉管内压力设置在1700mTorr，温度设置在450℃，射频功率设置在3000W，镀膜时间设定为30s，得到膜厚10nm，折射率为2.1的内层氮化硅膜；随后制备中间层二氧化硅膜，具体工艺为：通入SiH4流量为1000sccm，通入N2O流量为2500sccm；炉管内压力设置在1700mTorr，温度设置在450℃，射频功率设置在3000W；镀膜时间设定为15s，得到膜厚5nm，折射率为1.7的中间层二氧化硅膜；最后制备外层氮化硅膜，具体工艺为：通入SiH4流量为500sccm，通入NH3流量为5000sccm；炉管内压力设置在1700mTorr，温度设置在450℃，射频功率设置在3000W；镀膜时间设定为500s，得到膜厚70nm，折射率为2.0的外层氮化硅膜；将完成叠层膜的硅片经过丝网印刷、烧结形成电池片，测试电池进行测试，对比分电池电性能及效率的变化，测试结果如表一；选择同效率档位电池片，进行组件封装，并进行组件PID测试(测试条件：温度85℃，湿度85％，-1000V偏压，96h)，测试结果如表二。
实施实例2：
将P型125单晶硅片依次经过碱制绒、扩散、干法刻蚀清洗几个工序，依照本发明所述的方案，在管式PECVD炉管中制备氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层膜；制备内层氮化硅膜的具体工艺为：通入SiH4流量为1000sccm，通入NH3流量为4500sccm，炉管内压力设置在1700mTorr，温度设置在450℃，射频功率设置在3000W，镀膜时间设定为20s，得到膜厚6nm，折射率为2.1的内层氮化硅膜；随后制备中间层二氧化硅膜，具体工艺为：通入SiH4流量为1000sccm，通入N2O流量为2000sccm；炉管内压力设置在1700mTorr，温度设置在450℃，射频功率设置在3000W；镀膜时间设定为10s，得到膜厚5nm，折射率为1.7的中间层二氧化硅膜；最后后制备外层氮化硅膜，具体工艺为：通入SiH4流量为500sccm，通入NH3流量为5000sccm；炉管内压力设置在1700mTorr，温度设置在450℃，射频功率设置在3000W；镀膜时间设定为450s，得到膜厚65nm，折射率为2.0的外层氮化硅膜；同实施例1一样，将完成叠层膜的硅片经过丝网印刷、烧结形成电池片，测试电池进行测试，对比分电池电性能及效率的变化，测试结果如表一；选择同效率档位电池片，进行组件封装，并进行组件PID测试，测试结果如表二。
表一 三层叠层膜电池与常规工艺、双层镀膜工艺电池电性能数据对比
表二 三层叠层膜电池组件PID测试结果
备注：按行业内标准，光伏组件通过PID测试，功率保持在95％以上，即为合格。
Claims (7)
1.一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在硅片表面沉积一种由内到外的氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层减反射膜的PECVD工艺，具体操作工艺如下：
(1)将完成制绒、扩散、刻蚀清洗几道工序的硅片送入管式PECVD炉管中，在400-500℃的温度下，先后完成抽真空、NH3清洗、N2气吹扫、抽真空工艺步骤；
(2)随后通入SiH4和NH3制备内层氮化硅膜；
(3)在完成内层氮化硅膜工艺后，抽真空，随后通入SiH4和N2O制备二氧化硅膜；
(4)在完成二氧化硅膜工艺后，抽真空，随后通入SiH4和NH3制备外层氮化硅膜；
(5)在完成外层氮化硅镀膜工艺后，先后完成抽真空、N2气吹扫、充N2恢复常压、出片，至此完成整个氮化硅——二氧化硅——氮化硅叠层膜镀膜工序。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在步骤(2)中，制备内层氮化硅膜的具体工艺条件为：通入SiH4流量控制在1000-2000sccm，NH3流量控制在4000-8000sccm；炉管内压力设置在1600-1800mTorr，温度设置在400-500℃，射频功率设置在3000-4000W。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在步骤(2)中，通入SiH4和NH3流量比控制在1∶4-1∶6之间，内层氮化硅膜的折射率在2.05-2.2之间；内层氮化硅膜镀膜工艺时间控制在10-100s，内层氮化硅膜的厚度在5-20nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在步骤(3)中，制备二氧化硅膜的具体工艺条件为：通入SiH4流量控制在1000-2000sccm，N2O流量控制在2000-5000sccm；炉管内压力设置在1600-1800mTorr，温度设置在400-500℃，射频功率设置在3000-4000W。
5.根据权利要求4所述的一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在步骤(3)中，通入SiH4和N2O流量比控制在1∶1.5-1∶2.5之间，二氧化硅膜的折射率在1.4-1.8之间；二氧化硅膜镀膜工艺时间控制在10-50s，二氧化硅膜的厚度在3-10nm。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在步骤(4)中，制备外层氮化硅膜的具体工艺条件为：通入SiH4流量控制在400-800sccm，NH3流量控制在4000-6000sccm；炉管内压力设置在1600-1800mTorr，温度设置在400-500℃，射频功率设置在3000-4000W。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备组件晶硅太阳能电池PECVD镀膜工艺，其特征是，在步骤(4)中，通入SiH4和NH3流量比控制在1∶8-1∶10之间，外层氮化硅膜的折射率在1.9-2.05之间；外层氮化硅膜镀膜工艺时间控制在200-600s，外层氮化硅膜的厚度在50-80nm。
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