CN106098838A - 一种多晶硅pecvd三层镀膜工艺制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三层镀膜工艺，尤其涉及一种多晶硅PECVD三层镀膜工艺制备方法。按以下步骤进行：PECVD分析→PECVD作用→PECVD膜的特点→PECVD三层镀膜工艺制备方法→PECVD三层膜优势。一种多步扩散实现高效太阳能电池制备方法提高产品质量，进一步提升操作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种三层镀膜工艺，尤其涉及一种多晶硅PECVD三层镀膜工艺制备方法。
背景技术
现有传统的太阳能电池制备，工艺复杂，而且产品使用性能相对不佳。
中国专利201010589786.7，公开一种太阳能电池,包括:一背电极、一硅片衬底、一掺杂硅层以及一上电极。其中,所述硅片衬底包括一第一表面以及与该第一表面相对设置的一第二表面,所述硅片衬底的第二表面设置有多个阶梯状的三维纳米结构；所述背电极设置于所述硅片衬底的第一表面,并与该第一表面欧姆接触；所述掺杂硅层形成于所述三维纳米结构的表面以及相邻三维纳米结构之间的硅片衬底的第二表面；所述上电极设置于所述掺杂硅层的至少部分表面。此工艺相对复杂，不适合现在的制备方法。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种制备方法更加科学合理，提高太阳能电池片转化效率的一种多晶硅PECVD三层镀膜工艺制备方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种多晶硅PECVD三层镀膜工艺制备方法，按以下步骤进行：
(1)、PECVD分析：
太阳能电池始终把提高转化效率作为发展的方向，氮化硅膜在太阳能电池中由于起到了增加太阳光吸收的作用，从而提高了转化效率；
PECVD称为：等离子体增强化学气相沉积法；
PECVD是借助微波或射频的使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜；为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积；
(2)、PECVD作用：
氮化硅薄膜作为一种新型的太阳电池减反射膜已被工业界认识和应用；应用PECVD系统,以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜指SiNx；
(3)、PECVD膜的特点：
太阳电池的减反射膜，其折射率和厚度要满足nd＝λ/4关系式,即折射率为2.35附近为最佳；
由化学法和PECVD法制成的氮化硅薄膜的折射率一般可达2.0,接近太阳电池所要求的最佳折射率，最佳折射率2.35,最为符合太阳电池反射层的要求；
在沉积过程中,衬底温度、硅烷与氨气的流比以及射频功率对薄膜质量有影响；
从氮化硅(Si3N4)分子式可知,SiH4/NH3＝(3×32)/(4×17)＝1.4为理想的质量比,理想的流比为(1.4×0.599)/0.719＝1.16；
氮化硅镀膜工艺，由最初的单层膜，到目前的双层膜设计，大大提高电池片的转换效率；但常规的单、双层膜结构，未能有效降低电池组件电势诱导衰减(PID)；
SiNx薄膜中存在大量的正的固定电荷可以对硅片形成较好的场钝化效果，同时SiNx薄膜中较高含量的氢元素在热扩散过程中向硅片体内扩散，可以形成较好的体钝化；但SiNx与基底的晶格失配度较大，不能充分的饱和硅片表面的悬挂键，无法对硅片形成较好的界面钝化；而SiO2薄膜较SiNx致密 度更高，钝化效果更好，而且SiO2/SiNx叠层膜可以避免光伏组件在使用过程中因电势诱导衰减(PID)现象造成电池效率大幅衰减；
(4)、PECVD三层镀膜工艺制备方法：
三层镀膜工艺，即在双层镀膜工艺的基础增加一层SiO2镀膜，以减小电池PID；不同膜厚、折射率的膜，呈现不同的颜色，通过合理的工艺设计，得到理想的膜结构；下表为SiNx膜的膜厚比色表：
在沉积过程中,如果硅烷的量比率过大,反应不完全,则尾气中的硅烷的含量就较高,过剩的硅烷会与空气中的氧气进行剧烈的反应,即有火焰或爆破声,这对于生产操作不利,且也白白浪费硅烷,同样氨气和氮气的过量也会造成浪费；
硅烷和氨气的流量比(SAR)，对薄膜的性能影响：
SAR在0.09-0.38的范围内增加时,尽管硅烷的流量已经远小于氨气的流量，所得的薄膜仍然是富硅的；这说明PECVD更容易获得富硅的SiNx:H薄膜，这得益于硅烷比氨气更容易电离；SAR增加时，薄膜中的Si含量(Si/N比)随之增加,而折射率则按照高斯函数规律随之增大；
流量比偏小，Si数量过小，N数量过剩或者流量比偏大，Si数量过多，N 数量过少；此两种工艺均不能获得最大的Si-N键数目；
复合膜折射率：
当d2<20nm时，不会发生严重的光吸收；
①、第一层SiO2膜小于15nm，对整体膜厚影响较小；
②、第二层采用大的硅烷氨气流量比，获得高的折射率，并控制沉积时间，使其厚度在20nm以内；
当d2<20nm时，不会发生严重的光吸收；
③、第一层SiO2膜小于15nm，对整体膜厚影响较小；
④、第二层采用大的硅烷氨气流量比，获得高的折射率，并控制沉积时间，使其厚度在20nm以内；
⑤、第三层采用小的硅烷氨气流量比，以获得较低而适合的折射率；
(5)、PECVD三层膜优势：
三层膜相比一层或者两层更好的实现的太阳光的吸收、实现的SiNx介质层的作用，从提高电池片效率。
Si/N比对SiNx薄膜性质的影响有以下几点：
①电阻率随x增加而降低；
②折射率n随x增加而增加；
③腐蚀速率随密度增加而降低；
SiNx的优点：
①优良的表面钝化效果；
②高效的光学减反射性能(厚度和折射率匹配)；
③低温工艺，沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单、易于工人掌握操作技术；
④含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化；
⑤良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力；
而在实际当中,硅烷的价格是较昂贵的,因此在生产过程中,廉价的氨气适当过量以达到硅烷的较大利用率,而以总体的成本最低,经济效益最高为目的。
各种流量比条件下，薄膜的初始钝化效果都比较好。
流量比过大和过小都不利于获得最稳定的薄膜，只有流量比(Si含量)适中时，钝化效果才最为持久稳定(此时薄膜的折射率在2.3左右)。
本方案的三层镀膜工艺相比传统的一层膜效率提升0.20％左右，相比两层膜电池片效率提升0.10％左右。
同时使用本方案的三层镀膜工艺相比传统的一层、二层膜的PID特性更加优秀，衰减可减低0.5％左右。
因此，本发明的一种多步扩散实现高效太阳能电池制备方法，提高产品质量，进一步提升操作效率。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：一种多晶硅PECVD三层镀膜工艺制备方法，按以下步骤进行：
(1)、PECVD分析：
太阳能电池始终把提高转化效率作为发展的方向，氮化硅膜在太阳能电池中由于起到了增加太阳光吸收的作用，从而提高了转化效率；
PECVD称为：等离子体增强化学气相沉积法；
PECVD是借助微波或射频的使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜；为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积；
(2)、PECVD作用：
氮化硅薄膜作为一种新型的太阳电池减反射膜已被工业界认识和应用； 应用PECVD系统,以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜指SiNx；
(3)、PECVD膜的特点：
太阳电池的减反射膜，其折射率和厚度要满足nd＝λ/4关系式,即折射率为2.35附近为最佳；
由化学法和PECVD法制成的氮化硅薄膜的折射率一般可达2.0,接近太阳电池所要求的最佳折射率，最佳折射率2.35,最为符合太阳电池反射层的要求；
在沉积过程中,衬底温度、硅烷与氨气的流比以及射频功率对薄膜质量有影响；
从氮化硅(Si3N4)分子式可知,SiH4/NH3＝(3×32)/(4×17)＝1.4为理想的质量比,理想的流比为(1.4×0.599)/0.719＝1.16；
氮化硅镀膜工艺，由最初的单层膜，到目前的双层膜设计，大大提高电池片的转换效率；但常规的单、双层膜结构，未能有效降低电池组件电势诱导衰减(PID)；
SiNx薄膜中存在大量的正的固定电荷可以对硅片形成较好的场钝化效果，同时SiNx薄膜中较高含量的氢元素在热扩散过程中向硅片体内扩散，可以形成较好的体钝化；但SiNx与基底的晶格失配度较大，不能充分的饱和硅片表面的悬挂键，无法对硅片形成较好的界面钝化；而SiO2薄膜较SiNx致密度更高，钝化效果更好，而且SiO2/SiNx叠层膜可以避免光伏组件在使用过程中因电势诱导衰减(PID)现象造成电池效率大幅衰减；
(4)、PECVD三层镀膜工艺制备方法：
三层镀膜工艺，即在双层镀膜工艺的基础增加一层SiO2镀膜，以减小电池PID；不同膜厚、折射率的膜，呈现不同的颜色，通过合理的工艺设计，得到理想的膜结构；下表为SiNx膜的膜厚比色表：
在沉积过程中,如果硅烷的量比率过大,反应不完全,则尾气中的硅烷的含量就较高,过剩的硅烷会与空气中的氧气进行剧烈的反应,即有火焰或爆破声,这对于生产操作不利,且也白白浪费硅烷,同样氨气和氮气的过量也会造成浪费；
硅烷和氨气的流量比(SAR)，对薄膜的性能影响：
SAR在0.09-0.38的范围内增加时,尽管硅烷的流量已经远小于氨气的流量，所得的薄膜仍然是富硅的；这说明PECVD更容易获得富硅的SiNx:H薄膜，这得益于硅烷比氨气更容易电离；SAR增加时，薄膜中的Si含量(Si/N比)随之增加,而折射率则按照高斯函数规律随之增大；
流量比偏小，Si数量过小，N数量过剩或者流量比偏大，Si数量过多，N数量过少；此两种工艺均不能获得最大的Si-N键数目；
当d2<20nm时，不会发生严重的光吸收；
⑥、第一层SiO2膜小于15nm，对整体膜厚影响较小；
⑦、第二层采用大的硅烷氨气流量比，获得高的折射率，并控制沉积时间，使其厚度在20nm以内；
当d2<20nm时，不会发生严重的光吸收；
⑧、第一层SiO2膜小于15nm，对整体膜厚影响较小；
⑨、第二层采用大的硅烷氨气流量比，获得高的折射率，并控制沉积时间，使其厚度在20nm以内；
⑩、第三层采用小的硅烷氨气流量比，以获得较低而适合的折射率；
(5)、PECVD三层膜优势：
三层膜相比一层或者两层更好的实现的太阳光的吸收、实现的SiNx介质层的作用，从提高电池片效率。
Claims (1)
1.一种多晶硅PECVD三层镀膜工艺制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、PECVD分析：
太阳能电池始终把提高转化效率作为发展的方向，氮化硅膜在太阳能电池中由于起到了增加太阳光吸收的作用，从而提高了转化效率；
PECVD称为：等离子体增强化学气相沉积法；
PECVD是借助微波或射频的使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜；为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积；
(2)、PECVD作用：
氮化硅薄膜作为一种新型的太阳电池减反射膜已被工业界认识和应用；应用PECVD系统,以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜指SiNx；
(3)、PECVD膜的特点：
太阳电池的减反射膜，其折射率和厚度要满足nd＝λ/4关系式,即折射率为2.35附近为最佳；
由化学法和PECVD法制成的氮化硅薄膜的折射率一般可达2.0,接近太阳电池所要求的最佳折射率，最佳折射率2.35,最为符合太阳电池反射层的要求；
在沉积过程中,衬底温度、硅烷与氨气的流比以及射频功率对薄膜质量有影响；
从氮化硅(Si3N4)分子式可知,SiH4/NH3＝(3×32)/(4×17)＝1.4为理想的 质量比,理想的流比为(1.4×0.599)/0.719＝1.16；
氮化硅镀膜工艺，由最初的单层膜，到目前的双层膜设计，大大提高电池片的转换效率；但常规的单、双层膜结构，未能有效降低电池组件电势诱导衰减(PID)；
SiNx薄膜中存在大量的正的固定电荷可以对硅片形成较好的场钝化效果，同时SiNx薄膜中较高含量的氢元素在热扩散过程中向硅片体内扩散，可以形成较好的体钝化；但SiNx与基底的晶格失配度较大，不能充分的饱和硅片表面的悬挂键，无法对硅片形成较好的界面钝化；而SiO2薄膜较SiNx致密度更高，钝化效果更好，而且SiO2/SiNx叠层膜可以避免光伏组件在使用过程中因电势诱导衰减(PID)现象造成电池效率大幅衰减；
(4)、PECVD三层镀膜工艺制备方法：
三层镀膜工艺，即在双层镀膜工艺的基础增加一层SiO2镀膜，以减小电池PID；不同膜厚、折射率的膜，呈现不同的颜色，通过合理的工艺设计，得到理想的膜结构；下表为SiNx膜的膜厚比色表：
在沉积过程中,如果硅烷的量比率过大,反应不完全,则尾气中的硅烷 的含量就较高,过剩的硅烷会与空气中的氧气进行剧烈的反应,即有火焰或爆破声,这对于生产操作不利,且也白白浪费硅烷,同样氨气和氮气的过量也会造成浪费；
硅烷和氨气的流量比(SAR)，对薄膜的性能影响：
SAR在0.09-0.38的范围内增加时,尽管硅烷的流量已经远小于氨气的流量，所得的薄膜仍然是富硅的；这说明PECVD更容易获得富硅的SiNx:H薄膜，这得益于硅烷比氨气更容易电离；SAR增加时，薄膜中的Si含量(Si/N比)随之增加,而折射率则按照高斯函数规律随之增大；
流量比偏小，Si数量过小，N数量过剩或者流量比偏大，Si数量过多，N数量过少；此两种工艺均不能获得最大的Si-N键数目；
复合膜折射率：
当d2<20nm时，不会发生严重的光吸收；
①、第一层SiO2膜小于15nm，对整体膜厚影响较小；
②、第二层采用大的硅烷氨气流量比，获得高的折射率，并控制沉积时间，
使其厚度在20nm以内；
当d2<20nm时，不会发生严重的光吸收；
③、第一层SiO2膜小于15nm，对整体膜厚影响较小；
④、第二层采用大的硅烷氨气流量比，获得高的折射率，并控制沉积时间，
使其厚度在20nm以内；
⑤、第三层采用小的硅烷氨气流量比，以获得较低而适合的折射率；
(5)、PECVD三层膜优势：
三层膜相比一层或者两层更好的实现的太阳光的吸收、实现的SiNx介质层的作用，从提高电池片效率。
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