CN109119493A - 应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz，膜厚为10～500nm，折射率在1.5～2.8之间，通过调节镀膜中xyz之间比例，从而使SixCyNz薄膜可以替代隧穿氧化钝化膜表面的掺杂或非掺杂的非晶硅薄膜，和氧化膜一起形成隧穿氧化钝化(TopCON)的结构；替代N型电池表面的SixNy膜；在PERC电池背面形成具有带负电的钝化薄膜。本发明具有化学性能稳定、耐磨性能好、热膨胀系数与硅片基底材料接近等掩膜的基本特性外，还具有良好的导电特性，能够有效地提高晶体硅转换效率，可以使金属电极与硅片形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，提升填充因子，提高电池转换效率。

Description

应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz及其制备方法。
背景技术
太阳能电池的制备过程中，除了扩散形成PN节以外，还可以通过化学气相沉积的工艺，形成不同的薄膜，从而为太阳能电池的效率提升做贡献。这些薄膜，可以起到钝化、掩膜或者掺杂的功能。这些镀膜及其镀膜工艺作为关键技术极大的影响着电池片的转换效率，从而影响组件的输出功率。例如，常规电池采用SixNy薄膜作为钝化层，随着市场对高效太阳能电池转换效率的需求越来越高，SixNy薄膜的钝化效果已经不能满足高效电池的需求，随之钝化发射极及背场电池(Passivated Emitter Rear Cell，以下简称“PERC”)和隧穿氧化钝化技术(Tunnel Oxide Passivated Contact，以下简称“TOPCon”)技术作为高效钝化工艺逐渐从实验室走向了工业量产化。
PERC技术和TOPCon技术均表现出优异的钝化效果，PERC技术主要在电池背表面通过原子层沉积或PECVD的方式生长一层3～15nm的Al2O3钝化薄膜；TOPCon技术主要是通过LPCVD的方式在硅片表面生长一层1～2nm的SiO2薄膜；由于两种薄膜生长厚度均为纳米级，极易被破坏从而影响其钝化效果，需要在表面沉积一层掩膜SixNy作为保护膜。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz，膜厚为10～500nm，折射率在1.5～2.8之间；其中，x:y:z的范围为(0.58-6):(0.3-2.5):(0-18)。
较佳地，所述的多功能薄膜材料SixCyNz在高效太阳能电池的应用，通过调节镀膜中xyz之间比例，从而使SixCyNz薄膜可以替代隧穿氧化钝化膜表面的掺杂或非掺杂的非晶硅薄膜，和氧化膜一起形成隧穿氧化钝化(TopCON)的结构；替代N型电池表面的SixNy膜；在PERC电池背面形成具有带负电的钝化薄膜。
本发明所述的SixCyNz薄膜可以放在不同太阳能电池的正表面，也可以放在太阳能电池结构的背表面，或者正面和背面同时出现。
较佳地，x:y:z的范围为(0.58-6):(0.3-2.5):0，即为，薄膜材料SixCyNz变为SixCy材料，其用于高效钝化薄膜掩膜，其热膨胀系数与硅片基底材料接近。这种SixCy材料，具有以下优点：
(1)、化学性能稳定、耐磨性能好，且具有良好的导电性。通过增强等离化学气相沉积(PECVD)的方法来制备，其中SixCy材料中碳与硅的比例可以调节以匹配不同导电效果的需求。
(2)、所述的SixCy材料具备良好的导电性，可以有效解决金属电极与硅基底之间的接触，且无需对掩膜进行开孔，降低工艺成本及难度。
(3)、所述的SixCy材料制备过程中可以通过调整碳与硅的比例来到达不同导电掩膜的需求。
(4)、所述的SixCy材料既可以作为高效钝化薄膜(PERC、TOPCon)的掩膜使用，亦可作为常规产品的掩膜使用，例如可以作为选择性刻蚀的掩膜材料。
(5)、所述的SixCy材料可以通过增强等离子化学气相沉积(PECVD)方式进行制备，亦可使用热还原法或磁控溅射的方法进行SixCy材料的制备。
本发明还提供上述多功能薄膜材料SixCyNz制备方法，包括如下步骤：
(1)、先将反应腔体抽真空，真空度达到20～200Torr的范围；
(2)、通入N2吹扫后，观察炉体内的压力变化，确保炉体的漏率低于0.1Torr/min，恒压1～10min；
(3)、开始升温，确保温度在200～500℃的范围内，恒温1～10min；
(4)、然后通入不同比例混合均匀的SiH4、CH4、NH3、N2O；
(5)、打开等离子电源，气体在反应腔体真空内反应时间大约1～10min。
(6)、将反应腔体抽真空到20mTorr以下，0～10min后，通入氮气吹扫，得到产品。
较佳地，所述步骤(4)中，SiH4、CH4、NH3、N2O的体积比为(0.58-6):(0.3-2.5):(2-17):(0-1)。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：化学性能更加稳定、耐磨性能好、热膨胀系数与硅片基底材料接近，不会随着温度的变化造成电池片的变形碎裂等；具有良好的导电特性，增强金属电极与硅基底之间的接触，提高载流子收集效果，提高电池片转换效率，减少高效电池生产过程中设备投入及维护成本，无需印刷图形与掩膜之间进行对位，减少生产不良品的产生，降低工艺生产难度。
附图说明
图1为本发明PERC电池结构示意图；
图2为本发明TOPCon电池结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
参照图1、图2，本发明提供一种应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz，其膜厚为10～500nm，折射率在1.5～2.8之间；其中，x:y:z的范围为(0.58-6):(0.3-2.5):(0-18)。
所述的应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz，通过调节镀膜中xyz之间比例，从而使SixCyNz薄膜可以替代隧穿氧化钝化膜表面的掺杂或非掺杂的非晶硅薄膜，和氧化膜一起形成隧穿氧化钝化(TopCON)的结构；替代N型电池表面的SixNy膜；在PERC电池背面形成具有带负电的钝化薄膜。
所述的应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz，x:y:z的范围为(0.58-6):(0.3-2.5):0，该SixCy薄膜材料用于高效钝化薄膜掩膜，其热膨胀系数与硅片基底材料接近。
本发明还提供上述多功能薄膜材料SixCyNz的制备方法，包括如下步骤：
(1)、先将反应腔体抽真空，真空度达到20～200Torr的范围；
(2)、通入N2吹扫后，观察炉体内的压力变化，确保炉体的漏率低于0.1Torr/min，恒压1～10min；
(3)、开始升温，确保温度在200～500℃的范围内，恒温1～10min；
(4)、然后通入不同比例混合均匀的SiH4、CH4、NH3、N2O；
(5)、打开等离子电源，气体在反应腔体真空内反应时间大约1～10min。
(6)、将反应腔体抽真空到20mTorr以下，0～10min后，通入氮气吹扫，得到产品。
所述步骤(2)中用N2吹扫，目的是置换出反应腔体内的空气和杂质。
所述步骤(4)中，SiH4、CH4、NH3、N2O的体积比为(0.58-6):(0.3-2.5):(2-17):(0-1)如表1所示。
其中，x、y、z分别对应Si:0.58-6、C：0.3-2.5、N：2-18。不过，基于SixCy可以单独成为薄膜掩膜，故而，总体的z的取值范围为0-18，因此，本发明中，xyz之比例为：(0.58-6):(0.3-2.5):(0-18)
表1
所述图1PERC电池结构包括：正电极1、减反射绒面及减反射膜2、硅基底3、Al2O3 4、SixCyNz 5、背电场6，所述硅基底3前表面覆有减反射绒面及减反射膜2，所述减反射绒面及减反射膜2上设有正电极1，所述硅基底3的背表面依次设有Al2O3 4、SixCyNz 5、背电场6，所述Al2O3 4覆盖在硅基底3的背表面，所述SixCyNz 5置于Al2O3 4与背电场6之间。
所述图2TOPCon电池结构包括：正电极1、减反射绒面及减反射膜2、微晶硅3、SiO24、硅基底5、SiO2 6、SixCyNz 7、背电场8，所述硅基底5前表面覆有微,所述SiO2 4上覆有微晶硅3，所述微晶硅3上覆盖有减反射绒面及减反射膜，所述正电极1设置在覆盖有减反射绒面及减反射膜上，所述硅基底5的背表面依次设有SiO2 6、SixCyNz 7、背电场8，所述SiO2 6覆盖在硅基底5的背表面，所述SixCyNz 7设置在SiO2 6与背电场8之间。
实施例1
在P型单晶电池基底上利用TOPCon作为钝化薄膜。
SiH<sub>4</sub> NH<sub>3</sub> CH<sub>4</sub> Pressure Power Tempreture Thickness Refractivity Growingrate
Group 1 1200sccm 5000sccm 500sccm 1700pa 6 600 450℃ 10nm 2.4 5nm/min
Group 2 850sccm 5525sccm 325sccm 1700pa 7500 450℃ 30nm 2.15 13nm/min
Group 3 580sccm 7000sccm 300sccm 1700pa 7500 450℃ 40nm 1.99 12nm/min
表2-1
表2-2
Voc Isc FF Eta
Group 1 658 9.74 79.61 20.969
Group 2 665 9.81 79.50 21.315
Group 3 660 9.79 79.64 21.149
实施例2
在N型单晶电池基底上利用TOPCon作为钝化薄膜。
表3-1
表3-2
Voc Isc FF Eta
Group 1 715 9.74 79.61 22.785
Group 2 720 9.81 79.50 23.078
Group 3 718 9.79 79.64 23.007
通过以上实例表2-1、2-2、表3-1、3-2可以得出结论：增强金属电极与电池基底之间的接触，提高载流子收集效果，提高电池片转换效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种应用于太阳能电池的多功能薄膜材料SixCyNz，其特征在于，其膜厚为10～500nm，折射率在1.5～2.8之间；其中，x:y:z的范围为(0.58-6):(0.3-2.5):(0-18)。
2.根据权利要求1所述的多功能薄膜材料SixCyNz，其特征在于，通过调节镀膜中xyz之间比例，从而使SixCyNz薄膜可以替代隧穿氧化钝化膜表面的掺杂或非掺杂的非晶硅薄膜，和氧化膜一起形成隧穿氧化钝化(TopCON)的结构；替代N型电池表面的SixNy膜；在PERC电池背面形成具有带负电的钝化薄膜。
3.根据权利要求1所述的多功能薄膜材料SixCyNz，其特征在于，x:y:z的范围为(0.58-6):(0.3-2.5):0，该SixCy薄膜材料用于高效钝化薄膜掩膜，其热膨胀系数与硅片基底材料接近。
4.根据权利要求1所述的多功能薄膜材料SixCyNz的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、先将反应腔体抽真空，真空度达到20～200Torr的范围；
(2)、通入N2吹扫后，观察炉体内的压力变化，确保炉体的漏率低于0.1Torr/min，恒压1～10min；
(3)、开始升温，确保温度在200～500℃的范围内，恒温1～10min；
(4)、然后通入不同比例混合均匀的SiH4、CH4、NH3、N2O；
(5)、打开等离子电源，气体在反应腔体真空内反应时间大约1～10min。
(6)、将反应腔体抽真空到20mTorr以下，0～10min后，通入氮气吹扫，得到产品。
5.根据权利要求1所述的多功能薄膜材料SixCyNz的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，SiH4、CH4、NH3、N2O的体积比为(0.58-6):(0.3-2.5):(2-17):(0-1)。
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