CN104900722A - 一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法，减反射膜为三层结构，包括内层的氮氧化硅薄膜，中间层的氮化硅薄膜和外层的氮氧化硅薄膜，本发明的减反射膜采用氮氧化硅薄膜和氮化硅薄膜相结合的三层结构，可以充分利用氮氧化硅薄膜较低的折射率、较好的热稳定性以及氮化硅薄膜优良的机械性能、抗金属离子侵蚀特性，增强了硅片表面对紫外短波部分的吸收率，提高硅片的光电转化效率，而且可以明显改善电池片抗PID效应的能力。
Description
技术领域
本发明涉及到一种太阳能电池，尤其涉及到一种能提高光电转换效率的具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
为了提高晶体硅太阳能电池的光电转化效率，应该减少电池表面光的反射损失，增加光的透射，减反射膜的制作直接影响着太阳能电池对入射光的反射率，对太阳能电池效率的提高起着非常重要的作用，目前大规模产业化采用等离子体气相化学沉积PECVD设备直接在扩散后的硅片表面进行氮化硅沉积，如申请公告号为CN102306680A、名称为晶体硅太阳能减反射膜制备工艺的中国发明专利，就公开了一种晶体硅太阳能电池片减反射膜的制备工艺，其采用多次沉氮化硅膜，形成较厚的减反射膜，一定程度上降低了反射率，但由于仍为单层氮化硅膜，膜的反射率仍偏高，无法满足实际需要。
发明内容
本发明主要解决现有太阳能电池硅片减反射膜反射率不良、光电转换效率低的技术问题；提供了一种能提高光电转换效率的具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法。
为了解决上述存在的技术问题，本发明主要是采用下述技术方案：
本发明的一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池，所述太阳能电池硅片本体表面沉积有减反射膜，所述减反射膜为三层结构，其中内层为氮氧化硅薄膜，中间层为氮化硅薄膜，外层为氮氧化硅薄膜，减反射膜采用氮氧化硅薄膜和氮化硅薄膜相结合的三层结构，可以充分利用氮氧化硅薄膜较低的折射率、较高的光透过性和较好的热稳定性以及氮化硅薄膜优良的机械性能、抗金属离子侵蚀和高电阻率特性，通过外层氮氧化硅薄膜低折射率与中间层氮化硅薄膜高折射率的二层膜的光学匹配，增强了硅片正表面对紫外短波部分的吸收率，提高硅片的光电转化效率，而内层氮氧化硅薄膜又具有更好的钝化效果、较低的Si-O界面态密度和热稳定性，可以明显改善电池片抗PID效应的能力。
作为优选，所述内层的氮氧化硅薄膜厚度为5～15nm，折射率为1.4～1.5，所述中间层的氮化硅薄膜厚度为40～60nm，折射率为2.0～2.3，所述外层的氮氧化硅薄膜厚度为15～30nm，折射率为1.4～1.6，可以根据需要调整三层薄膜的沉积厚度，以达到不同的折射率。
作为优选，所述太阳能电池硅片为单晶硅硅片。
基于以上太阳能电池硅片的制备方法，包括化学清洗、制绒、扩散制备PN结、周边刻蚀、PSG清洗、沉积减反射膜、丝网印刷电极和烧结步骤，所述沉积减反射膜步骤分为如下三个工序：
A）用等离子体气相化学沉积PECVD设备在硅片表面沉积并形成一层厚度为
5～15nm，折射率为1.4～1.5的氮氧化硅薄膜；
B）用等离子体气相化学沉积PECVD设备在内层氮氧化硅薄膜表面沉积并形
成一层厚度为40～60nm，折射率为2.0～2.3的氮化硅薄膜；
C）用等离子体气相化学沉积PECVD设备在中间层的氮化硅薄膜表面沉积并
形成一层厚度为15～30nm，折射率为1.4～1.6的氮氧化硅薄膜；
作为优选，所述工序A中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O，其中硅烷SiH4流量为0.4～2L/min，一氧化二氮N2O流量为1～6L/min，工艺温度为250～450℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为0.5～2min，调整硅烷和一氧化二氮气体的比例，可以控制氮氧化硅的组成成份，带来折射率和性能的变化，随着氧含量增加，薄膜转向SiO2成份较多的结构，随着氮含量增加，薄膜转向SiNX成份较多的结构。
作为优选，所述工序B中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和氨气NH3，其中硅烷SiH4流量为0.4～2L/min，氨气NH3流量为1～6L/min，工艺温度为250～450℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为2～7min。
作为优选，所述工序C中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O，其中硅烷SiH4流量为0.4～1L/min，一氧化二氮N2O流量为4～6L/min，工艺温度为250～450℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为1.5～7min。
本发明的有益效果是：减反射膜采用氮氧化硅薄膜和氮化硅薄膜相结合的三层结构，可以充分利用氮氧化硅薄膜较低的折射率、较高的光透过性和较好的热稳定性以及氮化硅薄膜优良的机械性能、抗金属离子侵蚀和高电阻率特性，通过外层氮氧化硅薄膜低折射率与中间层氮化硅薄膜高折射率的光学匹配，增强硅片正表面对紫外短波部分的吸收率，提高硅片的光电转化效率，而内层氮氧化硅又具有较好的钝化效果、较低的Si-O界面态密度和热稳定性，可以明显改善电池片抗PID效应的能力。
附图说明
图1是本发明的具有三层减反射膜硅片的结构示意图。
图2是本发明硅片与常规硅片的反射率对比图。
图中 1.硅片本体，2.内层氮氧化硅薄膜，3.中间层氮化硅薄膜，
4.外层氮氧化硅薄膜。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池，电池为单晶硅电池片，经清洗制绒、扩散、周边刻蚀、PSG清洗后，在硅片本体1表面沉积有减反射膜，如图1所示，减反射膜为三层结构，其中内层为氮氧化硅薄膜2，膜厚为10nm，折射率为1.5，中间层为氮化硅薄膜3，膜厚为50nm，折射率为2.1，外层为氮氧化硅薄膜4，膜厚为20nm，折射率为1.45。
如上结构的单晶硅太阳能电池制备方法，包括化学清洗、制绒、扩散制备PN结、周边刻蚀、PSG清洗、沉积减反射膜、丝网印刷电极和烧结步骤，其中沉积减反射膜步骤又分为如下三个工序：
A）用等离子体气相化学沉积PECVD设备在硅片表面沉积并形成一层厚度为
10nm，折射率为1.5的氮氧化硅薄膜；
B）用等离子体气相化学沉积PECVD设备在内层氮氧化硅薄膜表面沉积并形
成一层厚度为50nm，折射率为2.11的氮化硅薄膜；
C）用等离子体气相化学沉积PECVD设备在中间层的氮化硅薄膜表面沉积并
形成一层厚度为20nm，折射率为1.45的氮氧化硅薄膜；
其中的工序A中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O，硅烷SiH4流量为1L/min，一氧化二氮N2O流量为4L/min，工艺温度为350℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为2min，沉积形成10nm厚的氮氧化硅薄膜；
其中的工序B中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和氨气NH3，硅烷SiH4流量为1L/min，氨气NH3流量为4L/min，工艺温度为400℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为4.5min，在内层氮氧化硅薄膜表面形成50nm厚的中间层氮化硅薄膜；
其中的工序C中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O，硅烷SiH4流量为1L/min，一氧化二氮N2O流量为4L/min，工艺温度为350℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为4min，在中间层氮化硅表面沉积形成20nm厚的外层氮氧化硅薄膜。
沉积减反射膜后的硅片再经丝网印刷电极和烧结处理后，就制成单晶硅太阳能电池片。
对具有三层减反射膜硅片和常规氮化硅减反射膜硅片的反射率和电性能进行测试对比，得到电性能测试表和如图2所示的反射率对比图。
其中的电性能测试表如下：
| 编号 | Uoc | Isc | FF | Eff | Rs | Rsh | Irev2 | Eff σ |
| 常规氮化硅膜 | 0.6342 | 8.955 | 79.75 | 18.95% | 0.00249 | 730.31 | 0.027 | 0.134 |
| 三层减反射膜 | 0.6347 | 9.014 | 79.75 | 19.09% | 0.00247 | 112.64 | 0.077 | 0.133 |
通过反射率测试对比，可以明显看出，使用三层减反射膜，电池片短波区域的反射率明显下降，提升了短波区域光能利用率，最终在一定程度上提升了电池片的转换效率；
实际测试结果表明，在使用三层减反射膜后，电池片在Isc上有着显著的提升，最终Eff有着0.14%的提升，表明在降低了电池片短波区域反射率后有了明显的效果；
而对硅片的抗PID效应的测试如下：
测试条件，TUV莱茵双八五条件(T=85℃,RH=85%)，96小时后测试结果，常规减反射膜单晶硅电池片组件功率衰减32%，采用三层减反射膜单晶硅电池片功率衰减1.3%，表明三层减反射膜明显改善了硅片抗PID效应，在提升效率的同时为后期太阳能组件带来较大收益。
在本发明的描述中，技术术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明的技术方案，以上说明并非对本发明作了限制，本发明也不仅限于上述说明的举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、增添或替换，都应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池硅片本体(1)表面沉积有减反射膜，所述减反射膜为三层结构，其中内层为氮氧化硅薄膜(2)，中间层为氮化硅薄膜(3)，外层为氮氧化硅薄膜(4)。
2.根据权利要求1所述的一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述内层的氮氧化硅薄膜(2)厚度为5～15nm，折射率为1.4～1.5，所述中间层的氮化硅薄膜(3)厚度为40～60nm，折射率为2.0～2.3，所述外层的氮氧化硅薄膜(4)厚度为15～30nm，折射率为1.4～1.6。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池硅片为单晶硅硅片。
4.基于权利要求1所述具有三层减反射膜的晶体硅太阳能电池制备方法，包括化学清洗、制绒、扩散制备PN结、周边刻蚀、PSG清洗、沉积减反射膜、丝网印刷电极和烧结步骤，其中沉积减反射膜步骤分为如下工序：
A)用等离子体气相化学沉积PECVD设备在硅片表面沉积并形成一层厚度为5～15nm，折射率为1.4～1.5的氮氧化硅薄膜；
B)用等离子体气相化学沉积PECVD设备在内层氮氧化硅薄膜表面沉积并形成一层厚度为40～60nm，折射率为2.0～2.3的氮化硅薄膜；
C)用等离子体气相化学沉积PECVD设备在中间层的氮化硅薄膜表面沉积并形成一层厚度为15～30nm，折射率为1.4～1.6的氮氧化硅薄膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述工序A中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O，其中硅烷SiH4流量为0.4～2L/min，一氧化二氮N2O流量为1～6L/min，工艺温度为250～450℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为0.5～2min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述工序B中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和氨气NH3，其中硅烷SiH4流量为0.4～2L/min，氨气NH3流量为1～6L/min，工艺温度为250～450℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为2～7min。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述工序C中通入的工艺气体包括硅烷SiH4和一氧化二氮N2O，其中硅烷SiH4流量为0.4～1L/min，一氧化二氮N2O流量为4～6L/min，工艺温度为250～450℃，射频功率为5000瓦，沉积时间为1.5～7min。
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