CN109037360A - 一种太阳能电池钝化减反膜及其镀膜工艺 - Google Patents

一种太阳能电池钝化减反膜及其镀膜工艺 Download PDF

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Abstract

一种太阳能电池钝化减反膜，所述减反膜由四层氮化硅膜叠加组合而成，所述氮化硅膜由内而外分别为膜层一、膜层二、膜层三和膜层四，所述膜层一至膜层三为均匀折射率膜层，所述膜层四为折射率渐变膜层，且膜层四渐变方向为由内而外逐渐降低，所述膜层四通过控制氨气、硅烷流量变化速率制作渐变膜层，本发明在减反膜最外层设置折射率渐变膜层，使入射光进入膜层后直接接触渐变膜层，减缓了入射光进入电池片后的折射梯度，改善了入射光进入SiNx膜大角度折射造成的光损失，同时改善了不同介质层之间的界面缺陷，增强对短波光的吸收。

Description

一种太阳能电池钝化减反膜及其镀膜工艺
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池钝化减反膜及其镀膜工艺，属于太阳能电池制备领域。
背景技术
目前太阳能电池生产制备中，PECVD镀膜工序常规使用的工艺为二层膜、三层膜或多层膜镀膜工艺，是在太阳能电池表面依次沉积三层折射率逐渐减小的氮化硅膜层，所用气体为硅烷与氨气，这种膜层结构在一定程度上加强了电池表面钝化，减小少子复合速度，且经多次折射后增强了对光的吸收，起到了提效效果，但随着晶体硅电池工艺的逐渐优化，提别是扩散方阻值的逐步提高，常规的二层膜或三层镀膜工艺已无法满足晶硅电池对表面钝化及体钝化的要求，且由于各膜层折射率为一定值，使膜层间存在较高的界面缺陷，存在较大的可优化空间。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明提出一种晶体硅太阳能电池钝化减反膜及其镀膜工艺，其通过在减反膜最外层设置折射率渐变膜层，使入射光进入膜层后直接接触渐变膜层，减缓了入射光进入电池片后的折射梯度，改善了入射光进入SiNx膜大角度折射造成的光损失，同时改善了不同介质层之间的界面缺陷，增强对短波光的吸收。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能电池钝化减反膜，所述减反膜由四层氮化硅膜叠加组合而成，所述氮化硅膜由内而外分别为膜层一、膜层二、膜层三和膜层四，所述膜层一至膜层三为均匀折射率膜层，所述膜层四为折射率渐变膜层，且膜层四渐变方向为由内而外逐渐降低，所述膜层四通过控制氨气、硅烷流量变化速率制作渐变膜层，所述氨气、硅烷流量变化速率为：
氨气流量变化速率=（氨气流量终止值-氨气流量起始值）/镀膜时间；
硅烷流量变化速率=（硅烷流量起始值-硅烷流量终止值）/镀膜时间；
所述氨气流量终止值大于氨气流量起始值，所述硅烷流量起始值大于硅烷流量终止值。
一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于采用以下工艺：
设定镀膜温度及炉管压强，并保持不变，完成膜层一、膜层二、膜层三、膜层四的镀膜；
设定氨气流量及硅烷流量，完成膜层一的镀膜；
在膜层一氨气流量及硅烷流量的基础上，增加氨气流量并减少硅烷流量，完成膜层二的制备；
在膜层二氨气流量及硅烷流量的基础上，增加氨气流量及减少硅烷流量，完成膜层三的制备；
膜层四的镀膜：
设定镀膜时间、氨气流量起始值及终止值、硅烷流量起始值及终止值，所述氨气流量终止值大于氨气流量起始值，所述硅烷流量起始值大于硅烷流量终止值；
计算氨气流量变化速率=（氨气流量终止值-氨气流量起始值）/镀膜时间；
计算硅烷流量变化速率=（硅烷流量起始值-硅烷流量终止值）/镀膜时间；
在镀膜时间内，根据氨气流量变化速率，氨气流量自起始值逐步增加至终止值；
在镀膜时间内，根据硅烷流量变化速率，硅烷流量自起始值逐步降低至终止值；
完成膜层四的镀膜。
优选的，所述镀膜温度为420-470℃，炉管压强1500-2200mTor。
优选的，所述膜层一的氨气流量大于5400sccm，硅烷流量大于1200sccm。
优选的，所述硅烷流量的起始值大于650sccm，硅烷流量的终止值小于900sccm。
优选的，所述氨气流量的起始值大于6300sccm，氨气流量的终止值小于6600sccm。
优选的，所述膜层四的镀膜时间为190-250s。
本发明与现有技术相比，使入射光进入膜层后直接接触渐变膜层，减缓了入射光进入电池片后的折射梯度，改善了入射光进入SiNx膜大角度折射造成的光损失，同时改善了不同介质层之间的界面缺陷，增强对短波光的吸收。经过后续工艺制备成电池片后，短路电流可提升60mA-80mA，效率提升高达0.15-0.20%，本发明的镀膜方法能与现有的产线更好匹配，不需要进行设备改造，工艺简单可控，适合规模化生产。
附图说明
图1为本发明膜层结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种太阳能电池钝化减反膜，所述减反膜由四层氮化硅膜叠加组合而成，所述氮化硅膜由内而外分别为1膜层一、2膜层二、3膜层三和4膜层四，所述1膜层一、2膜层一、3膜层三为均匀折射率膜层，所述4膜层四为折射率渐变膜层，且4膜层四渐变方向为由内而外逐渐降低，所述4膜层四通过控制氨气、硅烷流量变化速率制作渐变膜层，所述氨气、硅烷流量变化速率为：
氨气流量变化速率=（氨气流量终止值-氨气流量起始值）/镀膜时间；
硅烷流量变化速率=（硅烷流量起始值-硅烷流量终止值）/镀膜时间；
所述氨气流量终止值大于氨气流量起始值，所述硅烷流量起始值大于硅烷流量终止值。
一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，采用以下工艺：
设定镀膜温度及炉管压强，并保持不变，完成1膜层一、2膜层二、3膜层三、4膜层四的镀膜；
设定氨气流量及硅烷流量，完成1膜层一的镀膜；
在膜层一氨气流量及硅烷流量的基础上，增加氨气流量并减少硅烷流量，完成2膜层二的制备；
在膜层二氨气流量及硅烷流量的基础上，增加氨气流量及减少硅烷流量，完成3膜层三的制备；
4膜层四的镀膜：
设定镀膜时间、氨气流量起始值及终止值、硅烷流量起始值及终止值，所述氨气流量终止值大于氨气流量起始值，所述硅烷流量起始值大于硅烷流量终止值；
计算氨气流量变化速率=（氨气流量终止值-氨气流量起始值）/镀膜时间；
计算硅烷流量变化速率=（硅烷流量起始值-硅烷流量终止值）/镀膜时间；
在镀膜时间内，根据氨气流量变化速率，氨气流量自起始值逐步增加至终止值；
在镀膜时间内，根据硅烷流量变化速率，硅烷流量自起始值逐步降低至终止值；
完成4膜层四的镀膜。
优选的，所述镀膜温度为420-470℃，炉管压强1500-2200mTor。
优选的，所述1膜层一的氨气流量大于5400sccm，硅烷流量大于1200sccm。
优选的，所述硅烷流量的起始值大于650sccm，硅烷流量的终止值小于900sccm。
优选的，所述氨气流量的起始值大于6300sccm，氨气流量的终止值小于6600sccm。
优选的，所述4膜层四的镀膜时间为190-250s。
实施例1：步骤一：5硅基体在真空环境下，镀膜温度维持在450℃，通入硅烷与氨气，使炉管压强维持在1600mTor，通入的氨气流量5600sccm，硅烷流量1450sccm，镀膜时间100s，完成膜层一的制备。
步骤二：保持温度压强不变，通入的氨气流量5600sccm，硅烷流量1100sccm，镀膜时间95s，完成膜层二的制备。
步骤三：保持温度压强不变，通入的氨气流量6300sccm，硅烷流量780sccm，镀膜时间136s，完成膜层三的制备。
步骤四：
最后一层渐变膜制备过程：保持镀膜温度、压强不变，该渐变层通过控制氨气与硅烷的流量变化速率，由氨气起始值6400sccm升高至终止值6700sccm，硅烷起始值780sccm降低至终止值450sccm，使该层折射率处于逐渐变化的过程中，镀膜时间250s。
氨气流量变化速率=（氨气终止值-氨气起始值）/镀膜时间
=（6700-6300）/250=1.6；
硅烷流量变化速率=（硅烷起始值-硅烷终止值）/镀膜时间
=（780-450）/250=1.32；
即该渐变膜层中氨气流量由6300sccm以每秒1.6sccm的速度升至6700sccm，硅烷流量由780sccm以每秒1.32sccm的速度降低至450sccm，完成膜层四制备。
后续经丝网印刷，烧结后，电池效率有0.15-0.20%的提升，短路电流有50mA-80mA的提升。
优化后电性能数据：
Uoc Isc Rsh Rs FF Irev 效率
实验组 0.6381 8.968 263.81 0.00141 80.43 0.013 18.73%
对照组 0.6399 9.050 264.97 0.00159 80.32 0.013 18.93%
增益 0.0018 0.082 1.16 0.00018 -0.11 0.000 0.20%
显而易见，上述实施方式仅仅为本发明的其中一个示范例，任何在本发明所提供结构或原理上的简单改进均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能电池钝化减反膜，其特征在于所述减反膜由四层氮化硅膜叠加组合而成，所述氮化硅膜由内而外分别为膜层一、膜层二、膜层三和膜层四，所述膜层一至膜层三为均匀折射率膜层，所述膜层四为折射率渐变膜层，且膜层四渐变方向为由内而外逐渐降低，所述膜层四通过控制氨气、硅烷流量变化速率制作渐变膜层，所述氨气、硅烷流量变化速率为：
氨气流量变化速率=（氨气流量终止值-氨气流量起始值）/镀膜时间；
硅烷流量变化速率=（硅烷流量起始值-硅烷流量终止值）/镀膜时间；
所述氨气流量终止值大于氨气流量起始值，所述硅烷流量起始值大于硅烷流量终止值。
2.一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于采用以下工艺：
设定镀膜温度及炉管压强，并保持不变，完成膜层一、膜层二、膜层三、膜层四的镀膜；
设定氨气流量及硅烷流量，完成膜层一的镀膜；
在膜层一氨气流量及硅烷流量的基础上，增加氨气流量并减少硅烷流量，完成膜层二的制备；
在膜层二氨气流量及硅烷流量的基础上，增加氨气流量及减少硅烷流量，完成膜层三的制备；
膜层四的镀膜：
设定镀膜时间、氨气流量起始值及终止值、硅烷流量起始值及终止值，所述氨气流量终止值大于氨气流量起始值，所述硅烷流量起始值大于硅烷流量终止值；
计算氨气流量变化速率=（氨气流量终止值-氨气流量起始值）/镀膜时间；
计算硅烷流量变化速率=（硅烷流量起始值-硅烷流量终止值）/镀膜时间；
在镀膜时间内，根据氨气流量变化速率，氨气流量自起始值逐步增加至终止值；
在镀膜时间内，根据硅烷流量变化速率，硅烷流量自起始值逐步降低至终止值；
完成膜层四的镀膜。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于所述镀膜温度为420-470℃，炉管压强1500-2200mTor。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于所述膜层一的氨气流量大于5400sccm，硅烷流量大于1200sccm。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于所述硅烷流量的起始值大于650sccm，硅烷流量的终止值小于900sccm。
6.根据权利要求2所述的一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于所述氨气流量的起始值大于6300sccm，氨气流量的终止值小于6600sccm。
7.根据权利要求2所述的一种太阳能电池钝化减反膜的镀膜工艺，其特征在于所述膜层四的镀膜时间为190-250s。
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