CN108962999A - 太阳能电池减低反射率的复合膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材(1)和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层(2)、第二SiN层(3)、SiON层(4)和SiO2层(5)；第一SiN层(2)的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层(3)的折射率小于2.0，且第二SiN层(3)的厚度为60～80nm；所述SiON层(4)的厚度小于等于30nm；所述SiO2层(5)的厚度小于等于20nm；及其制备方法，通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层(2)和第二SiN层(3)时的压力为10～250mbar，SIN4与NH3的流量比为1∶4～10；在镀SiON层(4)时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在镀SiO2层(5)时，SiO2由SIN4和N2O反应生成；具有减低了镀膜后光反射率，提高了长波和短波吸收，并提升太阳能电池片电池效率，从而有效的降低了单W生产成本的特点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种用于金刚线切割的多晶硅片的太阳能电池减低反射率的复合膜及其制备方法。
背景技术
目前光伏市场上，对于常规太阳能电池除了提效的需求大增以外，那降低原材料成本是常规电池迫在眉睫的一件大事。由于利润被挤压，金刚线切割的多晶硅片渐渐被各个常规光伏电池厂家提上日程。在太阳能电池生产硅片从砂浆切割片转化为金刚线切割的背景下,而金刚线切割后的电池片的绒面腐蚀虫洞的形貌和大小都有了很大变化,从微米级别(4um)减小到准纳米(300-600nm)级别，现有的减低反射率的复合膜无法满足绒面变化的需求，导致钝化绒面的效果和减低反射率的效果相对不理想；
如公开号CN106098838A，名称为一种多晶硅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。但由于是在SIN膜上直接镀SiO2膜，由于Si含量的梯度相差较大，这就导致膜的颜色难以控制，从而影响钝化绒面的效果和折射率，使得产品的质量稳定性较差。
如公开号为CN204230254U，名称为一种晶体硅太阳电池减反膜结构，包括硅衬底(5)，在所述硅衬底(5)上端面设有介质层，所述介质层包括由下向上分别为SiO2介质层(4)、SiN介质层(3)和SiON介质层(2)；在所述硅衬底(5)下表面附着Al背场(6)，所述Al背场边界与硅衬底(5)边缘距离为1.5-3.1nm；在介质层上方分布有电极(1)，所述电极(1)的两端与介质层边缘的距离分别为2.8-4.3nm，所述介质层上设有浮法超白玻璃盖板(7)，所述浮法超白玻璃盖板(7)覆盖在电极(1)和介质层上表面。但这种结构减反膜，由于SiO2设置在最底层，且SiN介质层(3)位于中间层位置，而最外层是SiON，则在烧结过程中SiN层含有的大量H原子因SiO2层的阻隔，无法释放至硅片内饱和悬挂键，也就无法降低表面复合速率，从而无法提高载流子的寿命，且也大大消弱了SiN层的钝化效果。
发明内容
本发明针对以上问题提供一种通过调整膜结构进一步减低了镀膜后光反射率，提高了长波和短波吸收，并提升太阳能电池片电池效率，从而有效的降低了单W(瓦)生产成本的太阳能电池减低反射率的复合膜及其制备方法。
本发明解决以上问题所用的技术方案是：提供一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层、第二SiN层、SiON层和SiO2层；所述第一SiN层与基材表面贴合，且第一SiN层的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层的折射率小于2.0，且第二SiN层的厚度为60～80nm；所述SiON层的厚度小于等于30nm；所述SiO2层的厚度小于等于20nm。
所述第一SiN层的厚度小于等于20nm。
所述第一SiN层的厚度为5～15nm。
所述SiON层的厚度为5～20nm。
所述第一SiN层的厚度加上第二SiN层的厚度的和为大于60nm小于等于100nm。
所述第一SiN层的厚度加上第二SiN层的厚度的和为70～90nm。
一种太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法，所述复合膜通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层和第二SiN层时的压力为10～250mbar，SIN4与NH3的流量比为1∶5～10；在镀SiON层时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在镀SiO2层时，SiO2由SIN4和N2O反应生成。
在镀第一SiN层时的压力为50～250mbar，在镀第二SiN层时的压力为20～200mbar，在镀第一SiN层时的压力与在镀第二SiN层时的压力相差为30～50mbar，且在镀第一SiN层时的压力大于在镀第二SiN层时的压力。
在镀第一SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶5～6；在镀第二SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶7～10。
在镀第一SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶5.5；在镀第二SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶9。
采用以上结构和方法后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过多层膜，且多层膜中SI的含量从内到外是递减的，这样的膜结构进一步减低了镀膜后光反射率，提高了长波和短波吸收，可提升太阳能电池片电池效率，从而有效的降低了单W生产成本。
2、SiO2层位于最外侧，则在烧结过程中SiN层含有的大量H原子可释放至硅片内饱和悬挂键，降低表面复合速率，从而提高载流子的寿命，也就大大提高了SiN层的钝化效果。
3、通过这种方法制备后的膜，各层之间的融合性较高，且也易于制备，同时膜层之间的牢度较好，且与金刚线切割的多晶硅片的腐蚀坑匹配效果较好。
作为优选，所述第一SiN层的厚度小于等于20nm；则这样设置后，可提高对长波和短波的吸收。
作为优选，所述第一SiN层的厚度为5～15nm；则在这个范围内，光反射率效果是较佳的。
作为优选，所述SiON层的厚度为5～20nm；则在这个范围内，与SiN层形成的光反射梯度较好，可进一步提高对长波和短波的吸收。
作为优选，所述第一SiN层的厚度加上第二SiN层的厚度的和为大于60nm小于等于100nm；则这样设置能保证SiN层的减反效果，同时又能与SiON层较好的融合，保证SiON层的镀膜效果。
作为最优选，所述第一SiN层的厚度加上第二SiN层的厚度的和为70～90nm；则这样的厚度范围内，能在保证SiN层的减反效果的同时提高镀膜效率，综合成本较低。
作为优选，在镀第一SiN层时的压力为20～200mbar，在镀第二SiN层时的压力为50～250mbar，在镀第一SiN层时的压力与在镀第二SiN层时的压力相差为30～50mbar，且在镀第一SiN层时的压力大于在镀第二SiN层时的压力；则这样的压力设置后，使得第一SiN层与第二SiN层的兼容更好，且减反效果也较好。
作为优选，在镀第一SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶5～6；在镀第二SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶7～10；则这样设置后，使得两层的SiN层参数不同，则产生的膜层的效果也不同，进而可增加SiN层的减反效果。
作为优选，在镀第一SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶5.5；在镀第二SiN层时，SIN4与NH3的流量比为1∶9；在这个参数条件下，SiN层更易于成型，且成型后的综合效果较好。
附图说明
图1为本发明太阳能电池减低反射率的复合膜的结构示意图。
图2为本发明太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法制备后太阳能电池板的反射率对比表。
图3为本发明太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法制备后太阳能电池板的电池效率对比表。
如图所示：1、基材，2、第一SiN层，3、第二SiN层，4、SiON层，5、SiO2层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步描述。
一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材1和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层2、第二SiN层3、SiON层4和SiO2层5；所述第一SiN层2与基材1表面贴合，且第一SiN层2的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层3的折射率小于2.0，且第二SiN层3的厚度为60～80nm；所述SiON层4的厚度小于等于30nm；所述SiO2层5的厚度小于等于20nm。
所述第一SiN层2的厚度小于等于20nm。
所述第一SiN层2的厚度为5～15nm。
所述SiON层4的厚度为5～20nm。
所述第一SiN层2的厚度加上第二SiN层3的厚度的和为大于60nm小于等于100nm。
所述第一SiN层2的厚度加上第二SiN层3的厚度的和为70～90nm。
实施例一
一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材1和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层2、第二SiN层3、SiON层4和SiO2层5；所述第一SiN层2与基材1表面贴合，且第一SiN层2的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层3的折射率小于2.0，且第二SiN层3的厚度为60nm；所述SiON层4的厚度为20nm；所述SiO2层5的厚度等于20nm。
所述第一SiN层2的厚度为15nm。
一种太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法，所述复合膜通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层2时的压力为250mbar，在镀第二SiN层3时的压力为220mbar；在第二SiN层3镀好后，保温80分钟，温度保持在镀第二SiN层3时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀第一SiN层2时，SIN4与NH3的流量比为1∶6；在镀第二SiN层3时，SIN4与NH3的流量比为1∶10；在镀SiON层4时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在SiON层4镀好后，保温80分钟，温度保持在镀SiON层4时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀SiO2层5时，SiO2由SIN4和N2O反应生成。在镀SiON层4和镀SiO2层5时，压力均为180mbar。
实施例二
一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材1和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层2、第二SiN层3、SiON层4和SiO2层5；所述第一SiN层2与基材1表面贴合，且第一SiN层2的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层3的折射率小于2.0，且第二SiN层3的厚度为80nm；所述SiON层4的厚度为15nm；所述SiO2层5的厚度等于20nm。
所述第一SiN层2的厚度为5nm。
一种太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法，所述复合膜通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层2时的压力为50mbar，在镀第二SiN层3时的压力为100mbar；在第二SiN层3镀好后，保温75分钟，温度保持在镀第二SiN层3时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀第一SiN层2时，SIN4与NH3的流量比为1∶5；在镀第二SiN层3时，SIN4与NH3的流量比为1∶7；在镀SiON层4时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在SiON层4镀好后，保温75分钟，温度保持在镀SiON层4时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀SiO2层5时，SiO2由SIN4和N2O反应生成。在镀SiON层4和镀SiO2层5时，压力均为185mbar。
实施例三
一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材1和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层2、第二SiN层3、SiON层4和SiO2层5；所述第一SiN层2与基材1表面贴合，且第一SiN层2的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层3的折射率小于2.0，且第二SiN层3的厚度为70nm；所述SiON层4的厚度为10nm；所述SiO2层5的厚度等于20nm。
所述第一SiN层2的厚度为20nm。
一种太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法，所述复合膜通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层2时的压力为150mbar，在镀第二SiN层3时的压力为110mbar；在第二SiN层3镀好后，保温80分钟，温度保持在镀第二SiN层3时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀第一SiN层2时，SIN4与NH3的流量比为1∶5.5；在镀第二SiN层3时，SIN4与NH3的流量比为1∶9；在镀SiON层4时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在SiON层4镀好后，保温80分钟，温度保持在镀SiON层4时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀SiO2层5时，SiO2由SIN4和N2O反应生成。在镀SiON层4和镀SiO2层5时，压力均为180mbar。
实施例四
一种太阳能电池减低反射率的复合膜，它包括基材1和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层2、第二SiN层3、SiON层4和SiO2层5；所述第一SiN层2与基材1表面贴合，且第一SiN层2的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层3的折射率小于2.0，且第二SiN层3的厚度为65nm；所述SiON层4的厚度为10nm；所述SiO2层5的厚度等于20nm。
所述第一SiN层2的厚度为5nm。
一种太阳能电池减低反射率的复合膜的制备方法，所述复合膜通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层2时的压力为100mbar，在镀第二SiN层3时的压力为70mbar；在第二SiN层3镀好后，保温80分钟，温度保持在镀第二SiN层3时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀第一SiN层2时，SIN4与NH3的流量比为1∶5.5；在镀第二SiN层3时，SIN4与NH3的流量比为1∶8；在镀SiON层4时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在SiON层4镀好后，保温80分钟，温度保持在镀SiON层4时的温度，保温时的压力为0mbar；在镀SiO2层5时，SiO2由SIN4和N2O反应生成。在镀SiON层4和镀SiO2层5时，压力均为180mbar。
以上实例仅为本发明的较佳实施例，本发明不仅限于以上实施例还允许有其它结构变化，凡在本发明独立权要求范围内变化的，均属本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池减低反射率的复合膜，其特征在于：它包括基材(1)和复合膜层，所述复合膜层从内到外依次包括第一SiN层(2)、第二SiN层(3)、SiON层(4)和SiO2层(5)；所述第一SiN层(2)与基材(1)表面贴合，且第一SiN层(2)的折射率大于等于2.0；所述第二SiN层(3)的折射率小于2.0，且第二SiN层(3)的厚度为60～80nm；所述SiON层(4)的厚度小于等于30nm；所述SiO2层(5)的厚度小于等于20nm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池减低反射率的复合膜，其特征在于：所述第一SiN层(2)的厚度小于等于20nm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池减低反射率的复合膜，其特征在于：所述第一SiN层(2)的厚度为5～15nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池减低反射率的复合膜，其特征在于：所述SiON层(4)的厚度为5～20nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池减低反射率的复合膜，其特征在于：所述第一SiN层(2)的厚度加上第二SiN层(3)的厚度的和为大于60nm小于等于100nm。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池减低反射率的复合膜，其特征在于：所述第一SiN层(2)的厚度加上第二SiN层(3)的厚度的和为70～90nm。
7.上述1～6权利要求所述复合膜的制备方法，其特征在于：所述复合膜通过PECVD方式镀膜；在镀第一SiN层(2)和第二SiN层(3)时的压力为10～250mbar，SIN4与NH3的流量比为1∶4～10；在镀SiON层(4)时，SiON由SIN4、N2O和NH3反应生成；在镀SiO2层(5)时，SiO2由SIN4和N2O反应生成。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在镀第一SiN层(2)时的压力为50～250mbar，在镀第二SiN层(3)时的压力为20～200mbar，在镀第一SiN层(2)时的压力与在镀第二SiN层(3)时的压力相差为30～50mbar，且在镀第一SiN层(2)时的压力大于在镀第二SiN层(3)时的压力。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在镀第一SiN层(2)时，SIN4与NH3的流量比为1∶4～6；在镀第二SiN层(3)时，SIN4与NH3的流量比为1∶7～10。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：在镀第一SiN层(2)时，SIN4与NH3的流量比为1∶5.5；在镀第二SiN层(3)时，SIN4与NH3的流量比为1∶9。
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