CN108588676A - 一种太阳能电池减反射膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池减反射膜的制备方法，其采用PECVD设备制备减反射膜，减反射膜包括第一氮化硅膜和第二氮化硅膜，制备第一氮化硅膜时，控制氨气和硅烷的流量比为3～5:1，制备第二氮化硅膜时，控制氨气和硅烷的流量比为10～12:1，并控制制备第一氮化硅膜和第二氮化硅膜时，氨气和硅烷的总气体流量为7000～8500sccm。本发明镀膜均匀性好，镀第一层膜与镀第二层膜切换时，气体流量达到平衡的时间快，温度场也更快达到均匀，镀膜致密性增加，能有效提高硅片表面的钝化性能，并且整体均匀性的提升使得电池片的光吸收增加，从而提高电性能，特别是使Voc和Isc同时提升。

Description

一种太阳能电池减反射膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池减反射膜及其制备方法。
背景技术
氮化硅薄膜由于其良好的光学性能、化学性能和钝化效果，被广泛应用于晶体硅太阳能电池中。为了能够进一步同时达到较好减反和钝化的效果，双层膜结构被广泛研究，氢化非晶氮化硅在镀膜过程中氢离子会钝化缺陷和硅表面悬挂键，从而降低复合提升少子寿命，而且折射率越高，钝化效果越好。然而折射率越高，其消光系数越大，光吸收也就越严重。从光学匹配的角度考虑，先在Si表面先沉积一层高折射率的氮化硅来得到钝化作用,然后再沉积一层低折射率的氮化硅来得到很好的减反作用,这样就实现了钝化与减反的双层效果。管式PECVD由于其镀膜的致密性而广泛的使用于晶体硅太阳能电池制作氮化硅薄膜，但管式PECVD设备由于温度场分布、气体流量变化以及不同NH3和SiH4的流量比导致镀膜不均匀。
镀膜的均匀性对电池片成品外观以及电性能有很大的影响，影响镀膜均匀性的因素也有很多研究，主要包括：硅片的厚薄不均、制绒的绒面影响、石墨舟清洗饱和情况、石墨舟卡点情况以及PECVD工艺调整。其中以PECVD 工艺调整对均匀性的影响程度最为明显。相关研究大多集中在双层膜PECVD 工艺中两层镀膜工艺气体流量、理论膜厚与折射率、温度、压力、功率对镀膜效果的研究，但研究中并没有考虑由于管式PECVD设备镀膜过程中两层膜总气流量的变化以及两层膜NH3和SiH4的流量比的匹配对镀膜均匀性的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种镀膜均匀性好的太阳能电池减反射膜及其制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
本发明的一个目的是提供一种太阳能电池减反射膜的制备方法，其采用 PECVD设备制备减反射膜，所述的减反射膜包括第一氮化硅膜和第二氮化硅膜，制备所述的第一氮化硅膜时，控制氨气和硅烷的流量比为3～5:1，制备所述的第二氮化硅膜时，控制氨气和硅烷的流量比为10～12:1，并控制制备所述的第一氮化硅膜和所述的第二氮化硅膜时，所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7000～8500sccm。
优选地，所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7300～8000sccm。
进一步优选地，所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为 7500～8000sccm。
更为优选地，所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7500～7600sccm。
最优选地，所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7500sccm。
优选地，制备所述的第一氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为 3.5～4.5:1。
最优选地，制备所述的第一氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为 4:1。
优选地，制备所述的第二氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为 10.5～11.5:1。
最优选地，制备所述的第二氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为 11:1。
本发明的另一个目的是提供一种所述的制备方法制得的太阳能电池减反射膜。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过对总气体流量以及氨气和硅烷的流量比的控制，使得镀膜均匀性好，镀第一层膜与镀第二层膜切换时，气体流量达到平衡的时间快，温度场也更快达到均匀，镀膜致密性增加，能有效提高硅片表面的钝化性能，并且整体均匀性的提升使得电池片的光吸收增加，从而提高电性能，特别是使Voc和Isc同时提升。
附图说明
附图1为PECVD设备的工作示意图；
附图2为总气体流量与膜厚度均匀性的折线图；
附图3为总气体流量与折射率均匀性的折线图；
附图4为不同流量比的氨气和硅烷与膜厚的关系图；
附图5为不同流量比的氨气和硅烷与折射率的关系图；
附图6为常规双层膜工艺与本发明的镀膜工艺的返工率的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
从图1所示的PECVD设备工作示意图中可以看出，管式PECVD工作时炉门旁边为进气口，炉尾为出气口，当炉管内压强一定情况下，使气体流量最快达到平衡是控制膜厚均匀性的重要影响因素。因此申请人在研究不同气流总量对镀膜均匀性的影响时，使用双层膜恒流工艺进行实验对比。
实施例1：
减反射膜的制备方法包括如下步骤：
步骤一、入炉；
将经过表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀后的硅片插入石墨舟中，然后将石墨舟连同硅片一起放入PECVD沉积炉内，关闭炉门；
步骤二、充氮；
开启PECVD炉的氮气阀和排气阀，向PECVD炉内通入氮气，由氮气将 PECVD炉内的空气替换排除，使PECVD炉内处于氮气气氛；之后，关闭排气阀，开启电加热，将PECVD炉内壁温度调至450℃，PECVD炉内氮气气压调至10000Pa，保持时间为320s；
步骤三、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氮气阀，开启PECVD炉的真空阀，将PECVD炉内的氮气抽出，使PECVD炉内处于真空状态，炉内真空度为100Pa，保持时间为180s；
步骤四、预沉积；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，开启PECVD炉的氨气阀，向炉内注入氨气，氨气的注入流量为6500ml/min，将炉内氨气气压维持在1700Pa，开启PECVD炉的射频脉冲，射频脉冲功率为5200W，射频脉冲周期为40ms，占空比为5/50，射频脉冲总用时210s，届时射频脉冲关闭；获得钝化硅片；
步骤五、抽真空；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭氨气阀，开启真空阀，将 PECVD炉内的氨气抽空，真空度为100Pa，保持时间为30s；
步骤六、镀第一氮化硅膜；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启PECVD 炉的硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，控制氨气和硅烷的流量比为4:1，控制氨气和硅烷的总流量分别为6500sccm、7000sccm、 7500sccm、8000sccm、8500sccm，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5500W，射频脉冲周期为40ms，占空比为5/50，射频脉冲总用时80s，届时射频脉冲关闭；完成第一氮化硅膜的镀设。
其中，不同氨气和硅烷的总流量对膜厚均匀度的影响参见图2，不同氨气和硅烷的总流量对氮化硅膜折射率均匀度的影响见图3。
从图2可以看出片内膜厚均匀度分布在0.009～0.04之间，整体呈先降低后升高趋势。当总气流量在7500sccm时，膜厚均匀度达到最低。从图3可以看出，在其他镀膜条件不变的情况下，整体折射率片内均匀度控制在 0.0025～0.0035之间，变化不大，可近似认为不变，此时折射率片内均匀度对镀膜均匀性影响较少，故膜厚均匀度在镀膜均匀性上起决定性作用。从图2 和图3的综合分析可得当总气流量在7500sccm时，镀膜均匀性最好。
从实施例1可知当总气流量达到7500sccm时，镀膜均匀性达到最好，从图1管式PECVD工作原理可以发现此时保证控制抽速的蝶阀处于恒定状态；当总气流量小于7500sccm时，镀膜随着流量的增加而更加均匀，气体流量逐步增加会缩短达到平衡的时间；当总气流量大于7500sccm时，由于气流量过大导致达到平衡的时间增加，从而镀膜均匀性逐步变差。
实施例2
减反射膜的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤六。
本实施例步骤六为：
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启PECVD 炉的硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，控制氨气和硅烷的总流量为7500sccm，分别控制氨气和硅烷的流量比为2:1、3:1、4:1、5:1，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5500W，射频脉冲周期为40ms，占空比为5/50，射频脉冲总用时80s，届时射频脉冲关闭；完成第一氮化硅膜的镀设。
其中，不同氨气和硅烷的流量比对膜厚的影响见图4，不同氨气和硅烷的流量比对折射率的影响见图5。
从图4可以看出，在控制其他条件不变时，NH3/SiH4流量比对膜厚的影响较少，膜厚可以控制在80nm～84nm之间。从图5可以看出当随着NH3/SiH4流量比从2:1增至5:1过程中，折射率呈降低趋势，其中当NH3/SiH4流量比为4:1时，折射率数据分布最为集中。从光学匹配的角度考虑，第一氮化硅膜折射率越高，其消光系数越大，所以第一氮化硅膜的折射率需要控制在 2.06～2.07之间，故NH3/SiH4流量比为4:1。
采用与上述相同的方法研究影响第二氮化硅膜的均匀性的相关参数，确定，当镀设第一氮化硅膜时NH3/SiH4流量比为4:1，镀设第二氮化硅膜时 NH3/SiH4流量比为11:1，总气流量均为7500sccm时，恒流双层膜均匀性达到最佳。
实施例3
减反射膜的制备方法的步骤一至五与实施例1相同，其余步骤如下：
步骤六：镀第一氮化硅膜；
在PECVD炉内壁温度450℃的条件下，关闭真空阀，同时开启PECVD 炉的硅烷阀和氨气阀，向PECVD炉内注入硅烷和氨气，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5500W，射频脉冲周期为40ms，占空比为5/50，届时射频脉冲关闭；完成第一氮化硅膜的镀设。
步骤七：镀第二氮化硅膜；
向PECVD炉内注入硅烷和氨气，开启PECVD炉的射频脉冲，射频功率为5300W，射频脉冲周期为40ms，占空比为5/50，届时射频脉冲关闭；完成第二氮化硅膜的镀设。
其中，步骤六和步骤七中硅烷和氨气的流量以及镀设时间见表1，产品的返工率见图6，电性能参数见表2。
对比例1
减反射膜的制备方法与实施例3基本相同，不同之处在于硅烷和氨气的流量以及镀设时间，对比例1的硅烷和氨气的流量以及镀设时间见表1，产品的返工率见图6，电性能参数见表2。
表1
其中，对比例1中镀设第一氮化硅膜的氨气和硅烷的流量比为3:1，第二氮化硅膜的流量比为11:1，镀设第一氮化硅膜和镀设第二氮化硅膜时的总气体流量为通过模拟双层膜最优值计算得出。
实施例3镀设第一氮化硅膜的氨气和硅烷的流量比为4:1，第二氮化硅膜的流量比为11:1，镀设第一氮化硅膜和第二氮化硅膜时的总气体流量相同，均为7500sccm。
从实施例3可见，采用实施例3的方案从第一氮化硅膜切换至第二氮化硅膜的工艺过程中，总气体量变化越小，炉管内压力变化越小，工艺越稳定，实施例3更快达到平衡，从而获得更好的镀膜效果。
在同一台镀膜设备上，保证前道工艺稳定，对比实施例3和对比例1的返工情况，从图6可以看出实施例3(即图中的恒流工艺)的返工率较对比例1(即图中的常规工艺)的返工率有明显下降，多晶色差返工由1.31％下降至0.89％，此数据得出使用实施例3的工艺镀膜时镀膜均匀性较对比例1 的工艺更加优异。
表2
Voc Isc Rs Rsh FF Eta Irev2
对比例1 0.632 8.894 0.0019 632 79.39 18.34 0.107
实施例3 0.633 8.92 0.002 694 79.32 18.39 0.104
从表2电性能参数对比可以看出，采用实施例3的工艺镀膜，电池片平均效率较采用对比例1的工艺的电池片提升了0.05％。
由于实施例3的恒流双层膜工艺在第一层膜与第二层膜切换时，气体流量最快达到平衡，温度场也更快达到均匀，镀膜致密性会得到增加，而且第一层膜均匀性的改善，能有效提高硅片表面的钝化性能，而整体均匀性的提升能增加电池片的光吸收，故Voc和Isc同时得到提升。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池减反射膜的制备方法，其采用PECVD设备制备减反射膜，其特征在于：所述的减反射膜包括第一氮化硅膜和第二氮化硅膜，制备所述的第一氮化硅膜时，控制氨气和硅烷的流量比为3～5:1，制备所述的第二氮化硅膜时，控制氨气和硅烷的流量比为10～12:1，并控制制备所述的第一氮化硅膜和所述的第二氮化硅膜时，所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7000～8500sccm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7300～8000sccm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7500～8000sccm。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7500～7600sccm。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：所述的氨气和所述的硅烷的总气体流量为7500sccm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：制备所述的第一氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为3.5～4.5:1。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：制备所述的第一氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为4:1。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：制备所述的第二氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为10.5～11.5:1。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于：制备所述的第二氮化硅膜时，所述的氨气和硅烷的流量比为11:1。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的太阳能电池减反射膜。
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