CN107863394B - 一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，该方法包括以下步骤：清洗单晶硅片；以甲烷和氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜；以氢气稀释的硅烷和氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜；以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。该方法通过修饰单晶硅表面化学键、调整三层膜中各元素原子浓度比及各层膜厚度，从而提高薄膜钝化效果和减反射特性。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电作为一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，不仅能降低传统化石能源的使用量还可减少环境污染。另外，太阳能光伏发电可以解决偏远山区和常规电网输送不便地方的用电难问题。太阳能光伏发电的这些优点已使其成为新能源利用和研究领域的一个热点问题。目前，市场应用最多最广的仍然是传统的晶硅太阳能电池，它们也是目前技术最为成熟、性能最为稳定的一种太阳能电池。在晶硅电池制造工艺中有一道重要工序就是为晶硅电池制备钝化减反膜，钝化减反膜不仅能减小光生载流子在电池界面处的复合，还可降低入射太阳光在电池表面的反射增加太阳光吸收，由此提高晶硅电池光电转换效率。本发明所制备的单晶硅太阳能电池减反钝化膜通过修饰单晶硅表面化学键、调整三层膜中各元素原子浓度比及各层膜厚度，从而提高薄膜钝化效果和减反射特性。由该方法所制备的单晶硅太阳能电池减反钝化膜不仅层数少、工艺简单稳定、成品率高，可有效降低单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制造成本，而且该减反钝化膜性能稳定、抗氧化耐酸碱、绝缘性能佳、钝化效果好，在可见光波段具有较高的透射特性。另外，该膜还具有较高硬度、耐磨损不易脱落等特性，对电池起着硬质保护层和耐摩擦的作用。
发明内容
本发明的目的在于为单晶硅电池提供一种减反钝化膜及其制备方法。该方法通过等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅太阳能电池表面沉积一种减反钝化膜，由该方法所制备的单晶硅太阳能电池减反钝化膜不仅性能稳定、钝化效果好，而且在可见光波段具有较高的透射特性。同时，该膜还具有较高的硬度，对电池还起着硬质保护层和耐摩擦的作用。
本发明提供的一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）高纯甲烷（纯度为99.999%）和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜。制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率300～400W，射频频率13.56MHz，基片温度250～350℃，腔体压强60～110Pa，高纯甲烷气体流量50～80sccm，高纯氨气气体流量30～50sccm，镀膜时间30～60秒，薄膜厚度为20～50纳米；
进一步优选为，制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率300W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强60Pa，高纯甲烷气体流量50sccm，高纯氨气气体流量30sccm，镀膜时间30秒，薄膜厚度为20纳米；
（3）以氢气稀释的硅烷和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜。制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率350～450W，射频频率13.56MHz，基片温度250～350℃，腔体压强100～160Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量90～130sccm，高纯氨气气体流量100～150sccm，镀膜时间200～300秒，薄膜厚度为180～310纳米；
进一步优选为，制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率400W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强150Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量110sccm，高纯氨气气体流量120sccm，镀膜时间250秒，薄膜厚度为210纳米；
（4）以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率250～350W，射频频率13.56MHz，基片温度250～350℃，腔体压强120～180Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量90～130sccm，高纯氨气气体流量60～90sccm，高纯甲烷气体流量80～120sccm，镀膜时间180～230秒，薄膜厚度为150～260纳米。
进一步优选为，含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率300W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强130Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量100sccm，高纯氨气气体流量60sccm，高纯甲烷气体流量90sccm，镀膜时间200秒，薄膜厚度为190纳米。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。图中：1为单晶硅衬底；2为氢化氮化碳薄膜；3为氢化氮化硅薄膜；4为含氢的碳氮化硅薄膜。
图2 实施例1所制备的薄膜在300-900纳米波段入射光透过率曲线图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明所提供的一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，以下实施案例用以说明本发明，但不用于限制本发明。
实施例1：
一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，该方法包括一下步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）以高纯甲烷（纯度为99.999%）和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜。制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率300W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强60Pa，高纯甲烷气体流量50sccm，高纯氨气气体流量30sccm，镀膜时间30秒，薄膜厚度为20纳米；
（3）以氢气稀释的硅烷和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜。制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率400W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强150Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量110sccm，高纯氨气气体流量120sccm，镀膜时间250秒，薄膜厚度为210纳米；
（4）以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率300W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强130Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量100sccm，高纯氨气气体流量60sccm，高纯甲烷气体流量90sccm，镀膜时间200秒，薄膜厚度为190纳米。
图2为实施例1所获得的薄膜在300-900纳米波段透射率曲线，从图可发现在可见光波段特别是550-700纳米波段其透射率高于90%。
实施例2：
一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，该方法包括一下步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）以高纯甲烷（纯度为99.999%）和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜。制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率350W，射频频率13.56MHz，基片温度250℃，腔体压强80Pa，高纯甲烷气体流量70sccm，高纯氨气气体流量40sccm，镀膜时间40秒，薄膜厚度为31纳米；
（3）以氢气稀释的硅烷和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜。制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率350W，射频频率13.56MHz，基片温度250℃，腔体压强100Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量90sccm，高纯氨气气体流量100sccm，镀膜时间200秒，薄膜厚度为180纳米；
（4）以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率250W，射频频率13.56MHz，基片温度250℃，腔体压强120Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量120sccm，高纯氨气气体流量80sccm，高纯甲烷气体流量120sccm，镀膜时间180秒，薄膜厚度为150纳米。
实施例3：
一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，该方法包括一下步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）以高纯甲烷（纯度为99.999%）和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜。制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率400W，射频频率13.56MHz，基片温度350℃，腔体压强100Pa，高纯甲烷气体流量80sccm，高纯氨气气体流量50sccm，镀膜时间50秒，薄膜厚度为39纳米；
（3）以氢气稀释的硅烷和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜。制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率450W，射频频率13.56MHz，基片温度350℃，腔体压强140Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量130sccm，高纯氨气气体流量140sccm，镀膜时间300秒，薄膜厚度为310纳米；
（4）以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率350W，射频频率13.56MHz，基片温度350℃，腔体压强150Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量90sccm，高纯氨气气体流量90sccm，高纯甲烷气体流量80sccm，镀膜时间230秒，薄膜厚度为260纳米。
实施例4：
一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，该方法包括一下步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）以高纯甲烷（纯度为99.999%）和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜。制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率330W，射频频率13.56MHz，基片温度280℃，腔体压强110Pa，高纯甲烷气体流量60sccm，高纯氨气气体流量45sccm，镀膜时间60秒，薄膜厚度为50纳米；
（3）以氢气稀释的硅烷和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜。制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率380W，射频频率13.56MHz，基片温度280℃，腔体压强160Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量100sccm，高纯氨气气体流量130sccm，镀膜时间230秒，薄膜厚度为190纳米；
（4）以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率280W，射频频率13.56MHz，基片温度280℃，腔体压强180Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量130sccm，高纯氨气气体流量70sccm，高纯甲烷气体流量100sccm，镀膜时间210秒，薄膜厚度为225纳米。
实施例5：
一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，该方法包括一下步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）以高纯甲烷（纯度为99.999%）和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜。制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率380W，射频频率13.56MHz，基片温度330℃，腔体压强90Pa，高纯甲烷气体流量55sccm，高纯氨气气体流量35sccm，镀膜时间35秒，薄膜厚度为25纳米；
（3）以氢气稀释的硅烷和高纯氨气（纯度为99.9995%）为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜。制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率410W，射频频率13.56MHz，基片温度330℃，腔体压强120Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量120sccm，高纯氨气气体流量150sccm，镀膜时间270秒，薄膜厚度为290纳米；
（4）以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜。含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率330W，射频频率13.56MHz，基片温度330℃，腔体压强170Pa，以氢气稀释的硅烷（体积比：氢气90%，硅烷10%）气体流量110sccm，高纯氨气气体流量65sccm，高纯甲烷气体流量110sccm，镀膜时间190秒，薄膜厚度为165纳米。
以上所述为本发明较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
（1）清洗单晶硅片；
（2）以纯度为99.999%的高纯甲烷和纯度为99.9995%的高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜；
（3）以氢气稀释体积比为10%的硅烷和以纯度为99.9995%高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜；
（4）以氢气稀释体积比为10%的硅烷、纯度为99.999%的高纯甲烷和纯度为99.9995%的高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜，其中氢气、硅烷的体积比为氢气90%，硅烷10%。
2.权利要求1所述的单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，采用等离子体增强化学气相沉积技术制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率300～400W，射频频率13.56MHz，基片温度250～350℃，腔体压强60～110Pa，高纯甲烷气体流量50～80sccm，高纯氨气气体流量30～50sccm，镀膜时间30～60秒，薄膜厚度为20～50纳米。
3.权利要求1所述的单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，
步骤（2）中，以高纯甲烷和氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积一层氢化氮化碳薄膜，其制备氢化氮化碳薄膜的工艺参数是：射频功率300W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强60Pa，高纯甲烷气体流量50sccm，高纯氨气气体流量30sccm，镀膜时间30秒，薄膜厚度为20纳米。
4.权利要求1所述的单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，采用等离子体增强化学气相沉积技术制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率350～450W，射频频率13.56MHz，基片温度250～350℃，腔体压强100～160Pa，以氢气稀释的硅烷气体流量90～130sccm，高纯氨气气体流量100～150sccm，镀膜时间200～300秒，薄膜厚度为180～310纳米。
5.权利要求1所述的单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，以氢气稀释的硅烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的氢化氮化碳薄膜表面沉积一层氢化氮化硅薄膜，制备氢化氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率400W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强150Pa，以氢气稀释的硅烷气体流量110sccm，高纯氨气气体流量120sccm，镀膜时间250秒，薄膜厚度为210纳米。
6.权利要求1所述的单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，采用等离子体增强化学气相沉积技术制备含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率250～350W，射频频率13.56MHz，基片温度250～350℃，腔体压强120～180Pa，以氢气稀释的硅烷气体流量90～130sccm，高纯氨气气体流量60～90sccm，高纯甲烷气体流量80～120sccm，镀膜时间180～230秒，薄膜厚度为150～260纳米。
7.权利要求1所述的单晶硅太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，以氢气稀释的硅烷、高纯甲烷和高纯氨气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（3）中的氢化氮化硅薄膜表面制备一层含氢的碳氮化硅薄膜，含氢的碳氮化硅薄膜的工艺参数是：射频功率300W，射频频率13.56MHz，基片温度300℃，腔体压强130Pa，以氢气稀释的硅烷气体流量100sccm，其中氢气、硅烷的体积比为：氢气90%，硅烷10%，高纯氨气气体流量60sccm，高纯甲烷气体流量90sccm，镀膜时间200秒，薄膜厚度为190纳米。
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