CN104952941A - 一种多层异质减反射膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层异质减反射膜太阳能电池。其具体操作步骤如下：(1)采用常规的制绒、扩散以及刻蚀工艺方法处理；(2)在常规PECVD镀膜技术的基础上，在扩散刻蚀后硅片表层沉积多层异质减反射膜，该多层异质减反射膜的具体结构为SiO2/SiNx/SiOxNy/SiO2；(3)采用常规的工艺印刷电极和烧结处理，得到的太阳能电池片。本发明的有益效果是：多层异质减反射膜结构，提升了减反射膜的介电常数，降低了太阳能电池对太阳光的反射，降低了减反射膜的消光系数，同时该减反射膜具有更优的钝化效果，提高了太阳能电池的物理性能和电学性能，采用该发明制作的晶体硅太阳能电池片，具有优异的PID-Free性能，同时光电转换效率可明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能高效电池技术开发相关技术领域，尤其是指一种多层异质减反射膜太阳能电池。
背景技术
随着晶硅太阳能电池技术不断成熟，以高效电池获取更高的能源来替代低效电池已成为降低生产成本的主要手段之一，因此高效单晶电池技术也成为科学研究的热门，近年也已取得巨大成就，在美国、德国和日本商品化高效电池转化效率超过20％。研究成果表明，目前制约晶硅太阳能电池的转换效率进一步提高的主要原因有两个方面：1.光学损失，包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失、光波部分波段非吸收损失，其中反射和阴影损失是可以通过技术手段减少的，而光波段非吸收损失与半导体的性质有关。2.电学损失，它包括半导体表面和体内光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻、金属-半导体接触电阻损失。欧姆电阻在技术上比较容易降低，其中最关键的是降低光生载流子的复合。因而，提高电池的转换效率的关键就是：1.减少光的反射和阴影损失；2.降低光生载流子的复合。
常规晶硅太阳能技术中减反射膜的作用是减少光学损失和钝化电池表面，目前的主流减反射膜是单一结构的SiNx：H薄膜，这种单一结构的SiN：H膜有以下缺点：1)介电常数低，抗PID性能差；2)光学性质上，消光系数偏高，部分光子被SiNx：H薄膜吸收消耗，不能被有效利用；3)SiNx：H薄膜在退火过程和组件紫外线照射下Si-H键很容易断裂导致H逸出使表面钝化效果变差，电池片转换效率受到不良影响。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种提高太阳能电池转换效率的多层异质减反射膜太阳能电池。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多层异质减反射膜太阳能电池，具体操作步骤如下：
(1)采用常规的制绒、扩散以及刻蚀工艺方法处理；
(2)在常规PECVD镀膜技术的基础上，在扩散刻蚀后硅片表层沉积多层异质减反射膜，该多层异质减反射膜具体结构为SiO2/SiNx/SiOxNy/SiO2；
(3)采用常规的工艺印刷电极和烧结处理，得到的太阳能电池片。
SiOxNy是介于氮化硅和二氧化硅间的一种物质，其电学性能和光学性能介于两者之间。随着氧含量的增加，SiOxNy薄膜转化向SiO2成分较多的结构；随着氮含量的增多，则转向SiNx成分较多的结构，通过改变其组成成分，可使其折射率控制在[1.47(SiO2)～2.3(SiNx)]之间。优化镀膜工艺形成富氮的SiOxNy薄膜，其结构与性能上趋向SiNx膜，具有优异的减反射作用，同时又保留了SiO2膜的部分优点，提高了薄膜的钝化作用。此外，由于O与Si的界面态密度比N与Si的界面态密度低，使得SiOxNy薄膜具有比SiNx较好的钝化效果，同时又具有较低的Si-O界面态，综合两者的优势，表现出更好的钝化效果。该发明综合考虑了SiO2、SiNx以及SiOxNy的性质，提出了一种多层异质结构的减反射膜(HTF)，具体结构为SiO2/SiNx/SiOxNy/SiO2。该发明所涉及的HTF镀膜技术是在常规PECVD镀膜技术的基础上，在扩散刻蚀后硅片表层先沉积一层薄SiO2膜，再沉积一层低折射率的SiNx膜，而后再沉积一层SiOxNy，最后再在其上沉积一层薄SiO2膜，形成多层异质减反射膜(HTF)。发明内容中还涉及到SiO2/SiNx/SiOxNy/SiO2的组分的确定，SiOxNy膜成分的确定，以及各层膜膜厚的确定。该发明利用氮化硅和氧化硅的中间态，氮氧化硅的双重性质，在扩散刻蚀后硅片表面沉积多层异质减反射膜结构，提升了减反射膜的介电常数，降低了太阳能电池对太阳光的反射，降低了减反射膜的消光系数，同时该减反射膜具有更优的钝化效果，提高了太阳能电池的物理性能和电学性能，采用该发明制作的晶体硅太阳能电池片，具有优异的PID-Free性能，同时光电转换效率可明显提升。
作为优选，在步骤(2)中，所述多层异质减反射膜的制备工艺步骤如下：
(a)沉积第一层氧化硅层：将硅片放入PECVD炉管中，升至一定温度，向炉管内通入SiH4和N2O，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间；
(b)沉积低折射率氮化硅层：升至一定温度，向炉管内通入SiH4和NH3，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间；
(c)沉积氮氧化硅层：升至一定温度，向炉管内通入SiH4、NH3和N2O，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间；
(d)沉积第二层氧化硅层：升至一定温度，向炉管内通入SiH4和N2O，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间。
作为优选，在步骤(a)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入N2O流量为1000～5000sccm，反应压力为1000～2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为0～200s。在合理的工艺参数条件下，提升了太阳能电池的转换效率，同时保证了太阳能电池片的抗PID能力。
作为优选，在步骤(b)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入NH3流量为1000～6000sccm，反应压力为1000-2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为100～500s。在合理的工艺参数条件下，提升了太阳能电池的转换效率，同时保证了太阳能电池片的抗PID能力。
作为优选，在步骤(c)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入NH3流量为1000～3000sccm，通入N2O流量为1000～4000sccm，反应压力为1000-2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为0～200s。在合理的工艺参数条件下，提升了太阳能电池的转换效率，同时保证了太阳能电池片的抗PID能力。
作为优选，在步骤(d)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入N2O流量为1000～5000sccm，反应压力为1000～2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为10～200s。在合理的工艺参数条件下，提升了太阳能电池的转换效率，同时保证了太阳能电池片的抗PID能力。
本发明的有益效果是：多层异质减反射膜结构，提升了减反射膜的介电常数，降低了太阳能电池对太阳光的反射，降低了减反射膜的消光系数，同时该减反射膜具有更优的钝化效果，提高了太阳能电池的物理性能和电学性能，采用该发明制作的晶体硅太阳能电池片，具有优异的PID-Free性能，同时光电转换效率可明显提升。
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。
该技术方案前面均采用常规的制绒、扩散以及刻蚀工艺方法处理；中间在常规PECVD镀膜技术的基础上，在扩散刻蚀后硅片表层，即在扩散PN结上外延沉积多层异质减反射膜，该多层异质减反射膜的具体结构从太阳能电池由内向外依次为：SiO2/SiNx/SiOxNy/SiO2；后面采用常规的工艺印刷电极和烧结处理，得到的太阳能电池片。采用德国berger模拟太阳光测试仪测试开路电压(Uoc)、短路电流(Isc)、串联电阻(Rs)、并联电阻(Rsh)、填充因子(FF)和转换效率(Eff)。测试结果见表二。电池片封装成组件后，进一步测试PID性能，测试结果见表三。
实施例1：
将刻蚀、清洗后156.75mm*205mm规格的硅片，放入PECVD炉管中，按步骤依次沉积以下薄膜：第一步SiO2膜→第二步SiNx膜→第三步SiOxNy膜→第四步SiO2膜。其中第一步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间200秒，温度450度；第二步工艺参数为：SiH4流量为800sccm，NH3流量5000sccm，射频功率4000W，反应压力1700mT，时间300秒，温度450度；第三步工艺参数为：N2O流量3000sccm、SiH4流量为500sccm，NH3流量1000sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度450度；第四步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间120秒，温度450度；工艺结束后，利用SENTECH SE 400adv多角度激光椭偏仪测试膜厚及折射率，如表一所示。
实施例2：
将刻蚀、清洗后156.75mm*205mm规格的硅片，放入PECVD炉管中，按步骤依次沉积以下薄膜：第一步SiO2膜→第二步SiNx膜→第三步SiOxNy膜→第四步SiO2膜。其中第一步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度450度；第二步工艺参数为：SiH4流量为800sccm，NH3流量5000sccm，射频功率4000W，反应压力1700mT，时间400秒，温度450度；第三步工艺参数为：N2O流量3000sccm、SiH4流量为500sccm，NH3流量1000sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度450度；第四步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间120秒，温度450度；工艺结束后，利用SENTECH SE 400adv多角度激光椭偏仪测试膜厚及折射率，如表一所示。
实施例3：
将刻蚀、清洗后156.75mm*205mm规格的硅片，放入PECVD炉管中，按步骤依次沉积以下薄膜：第一步SiO2膜→第二步SiNx膜→第三步SiOxNy膜→第四步SiO2膜。其中第一步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度450度；第二步工艺参数为：SiH4流量为600sccm，NH3流量6000sccm，射频功率4000W，反应压力1700mT，时间400秒，温度450度；第三步工艺参数为：N2O流量3000sccm、SiH4流量为500sccm，NH3流量1000sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度450度；第四步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间120秒，温度450度；工艺结束后，利用SENTECH SE 400adv多角度激光椭偏仪测试膜厚及折射率，如表一所示。
实施例4：
将刻蚀、清洗后156.75mm*205mm规格的硅片，放入PECVD炉管中，按步骤依次沉积以下薄膜：第一步SiO2膜→第二步SiNx膜→第三步SiOxNy膜→第四步SiO2膜。其中第一步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度450度；第二步工艺参数为：SiH4流量为600sccm，NH3流量6000sccm，射频功率4000W，反应压力1700mT，时间400秒，温度450度；第三步工艺参数为：N2O流量3000sccm、SiH4流量为500sccm，NH3流量1000sccm，射频功率3000W，反应压力1300mT，时间100秒，温度450度；第四步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1300mT，时间120秒，温度450度；工艺结束后，利用SENTECH SE 400adv多角度激光椭偏仪测试膜厚及折射率，如表一所示。
实施例5：
将刻蚀、清洗后156.75mm*205mm规格的硅片，放入PECVD炉管中，按步骤依次沉积以下薄膜：第一步SiO2膜→第二步SiNx膜→第三步SiOxNy膜→第四步SiO2膜。其中第一步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1500mT，时间100秒，温度460度；第二步工艺参数为：SiH4流量为600sccm，NH3流量6000sccm，射频功率4000W，反应压力1700mT，时间400秒，温度460度；第三步工艺参数为：N2O流量3000sccm、SiH4流量为500sccm，NH3流量1000sccm，射频功率3000W，反应压力1300mT，时间100秒，温度460度；第四步工艺参数为：N2O流量4000sccm、SiH4流量为500sccm，射频功率3000W，反应压力1300mT，时间120秒，温度460度；工艺结束后，利用SENTECH SE 400adv多角度激光椭偏仪测试膜厚及折射率，如表一所示。
表一
表二
表三
由表二和表三所示，本发明多层异质减反射膜结构的晶体硅太阳能电池，具有优异抗PID性能，同时在合适的工艺参数下，如实施例4，电池片转换效率可以提升0.25％。
Claims (6)
1.一种多层异质减反射膜太阳能电池，其特征是，具体操作步骤如下：
(1)采用常规的制绒、扩散以及刻蚀工艺方法处理；
(2)在常规PECVD镀膜技术的基础上，在扩散刻蚀后硅片表层沉积多层异质减反射膜，该多层异质减反射膜具体结构为SiO2/SiNx/SiOxNy/SiO2；
(3)采用常规的工艺印刷电极和烧结处理，得到的太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的一种多层异质减反射膜太阳能电池，其特征是，在步骤(2)中，所述多层异质减反射膜的制备工艺步骤如下：
(a)沉积第一层氧化硅层：将硅片放入PECVD炉管中，升至一定温度，向炉管内通入SiH4和N2O，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间；
(b)沉积低折射率氮化硅层：升至一定温度，向炉管内通入SiH4和NH3，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间；
(c)沉积氮氧化硅层：升至一定温度，向炉管内通入Sill4、NH3和N2O，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间；
(d)沉积第二层氧化硅层：升至一定温度，向炉管内通入SiH4和N2O，在一定的反应压力和射频功率下，通气一定时间。
3.根据权利要求2所述的一种多层异质减反射膜太阳能电池，其特征是，在步骤(a)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入N2O流量为1000～5000sccm，反应压力为1000～2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为0～200s。
4.根据权利要求2所述的一种异质减反射膜太阳能电池，其特征是，在步骤(b)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入NH3流量为1000～6000sccm，反应压力为1000-2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为100～500s。
5.根据权利要求2所述的一种多层异质减反射膜太阳能电池，其特征是，在步骤(c)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入NH3流量为1000～3000sccm，通入N2O流量为1000～4000sccm，反应压力为1000-2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为0～200s。
6.根据权利要求2所述的一种多层异质减反射膜太阳能电池，其特征是，在步骤(d)中，温度升至440-490℃，通入SiH4流量为100～1000sccm，通入N2O流量为1000～5000sccm，反应压力为1000～2000mtor，射频功率为1000～5000W，通气时间为10～200s。
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- 2015-04-22 CN CN201510191645.2A patent/CN104952941A/zh active Pending
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