太陽電池減反射膜生產工藝的製作方法

2023-06-03 19:29:51

專利名稱：太陽電池減反射膜生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽電池減反射膜生產工藝，尤其是針對適用於大規模產 業化生產的晶體矽太陽能電池表面氮化矽減反射膜的製作工藝改良。採用本發
明可以製作出緻密性好、均勻性好、附著性好的Si為減反射膜。
背景技術：
隨著人們環保意識的日益提高，國際、國內對可再生能源，特別是對太陽
能的開發利用越來越受到人們的廣泛關注。光伏發電的成本在過去的30年裡 下降了 2個數量級，在過去的5年時間裡光伏產業保持每年40% 50%的增長。 2001 2006年全球太陽能電池產量從386MW增至2500MW，增長了5.48倍，年 增長達45%，成為一個快速發展的高技術新興行業。2007年全球光伏裝機總量 達230(^W,增速超過40%，未來幾年的增長勢頭則更加迅猛，複合增長率將高 達30%。至2030年，全球光伏發電裝機容量達300GW,整個產業產值有望突破 3000億美元；至2040年光伏發電將達全球發電總量的15% 20%。
晶體矽電池是太陽能電池的主流產品，佔世界太陽能電池產量的90%左右。 目前的晶體矽太陽能電池都是製作在P型襯底矽片上，而為了增加對入射太陽 光的吸收，提高太陽能電池的光電轉換效率，都必須在電池的N+層表面生長一 層合適厚度的Si凡減反射膜，以增加對入射陽光的吸收，對利用該種技術制 作的太陽能電池，其光電轉換效率都在16%以上。目前行業內的產業化生產工 藝都是採用PECVD等離子體化學氣相澱積的方式，將矽片置於等離子體場中直 接在矽片表面澱積一層SixNy ,薄膜，這是一種常規的成熟的減反射膜生長工藝，通常膜層厚度為80士3nm，折射率為2.05士0.02，減反射膜對入射光的減 反射效果其反射率可達5 6%，但由於生長速度較快(0.8nm/s)，導致膜質地 較疏鬆，不僅容易產生PN結"燒穿"現象，且由於質地疏鬆對有害雜質(如 Na+、 Fe+)阻擋能力較差，從而使電池加工製造過程中容易產生工藝波動。

發明內容
本發明解決的技術問題在於提供一種可有效減少表面入射光反射損失，
同時又可增強表面減反射膜緻密性、增加對有害雜質如Na+、 Fe+等的阻擋的改 良Si凡減反射膜生長工藝。
為了實現上述技術目的，本發明採用了以下技術方案
本發明生產工藝包括以下步驟-
1、 清潔單晶矽片將經過擴散形成PN結及經過等離子去邊與去PSG (磷 矽玻璃)清洗潔淨的矽片清理乾淨，保持矽片表面乾燥、無水漬。
2、 插片將清潔乾燥的矽片N+層面向外垂直插入載片石墨舟內(注意整 個片舟必須裝滿，如果不足必須用陪片替代)，然後以600mm/分的速度送入反
應室內。
3、 恆溫片舟送入反應室，反應室內的環境溫度為48(TC，由於冷端效 應影響，其溫度會有一個6(TC的下降，為了確保整個反應室內膜的緻密性均 勻一致，必須使反應室內恆溫區溫度穩定，該過程需5分鐘左右。
4、 生長Si凡膜往反應室內通入流量300sccm的SiH4氣體和1800sccm 的NH3氣體，並使反應室真空保持在280Pa左右恆壓1 2分鐘時間，目的是讓 矽烷與氨氣在反應室內各處充分混合均勻，然後將高頻電源設置為800w並開啟，高頻工作方式為間歇式工作方式(即每放電5秒停15秒)讓矽片在反應 室內澱積長膜10分鐘後，切斷高頻與工藝氣體，將反應室內殘餘氣體抽乾淨， 再充入氮氣後抽空，反覆3次後，便可將矽片從反應室取出，沉積步驟完成。
相對於現有的工藝技術，本發明的優點在於通過降低高頻放電功率不僅
有效減緩了膜的生長速度，使其從原來的0. 8nm/s降低到0. 5nm/s左右，而且 反應室內較低的等離子體能量對矽片表面PN結的輻射損傷也明顯降低，具體 表現在成品電池片的並聯電阻明顯變大、電池弱光響應提高；工藝氣氛中矽烷 含量降低，使矽垸的利用率大大提高，尾氣中未反應的矽烷含量明顯降低，既 環保又節約了尾氣處理費用；通過提高工藝反應溫度，使Si凡膜能在更高的 溫度下退火，使緻密性得到大幅度改善，對有害雜質及正面銀電極的高溫穿透 阻擋作用明顯加強，使後續高溫燒結工藝溫度範圍更寬、適應性更廣。


圖l是改進前的工藝流程圖； 圖2是改進後的工藝流程圖； 圖3是優化前後電池片的反射率比較圖； 圖4是優化前後電池片的量子效率比較具體實施方式
如圖2所示，本發明的具體生產工藝流程如下
1、 清潔單晶矽片將經過擴散形成PN結及經過等離子去邊與去PSG (磷 矽玻璃)清洗潔淨的矽片清理乾淨，保持矽片表面乾燥、無水漬；
2、 插片將清潔乾燥的矽片N+層面向外垂直插入載片石墨舟內(注意整個片舟必須裝滿，如果不足必須用陪片替代)，然後以600mm/分的速度送入反 應室內；
3、 恆溫片舟送入反應室，反應室內的環境溫度為480'C，由於冷端效應 影響，其溫度會有一個6(TC的下降，為了確保整個反應室內膜的緻密性均勻 一致，必須使反應室內恆溫區溫度穩定，該過程需5分鐘左右。
反應室內的環境溫度為48CTC，較原工藝(420°C)升高了 60°C，確保了 所生長的膜層能及時鈍化退火(邊生長邊退火鈍化)，不僅使其緻密性增強， 且PN結表面輻射損傷也能及時有效修復。
4、 生長S:LNy膜往反應室內通入流量300sccm的SiH4氣體和1800sccm 的NH3氣體，並使反應室真空保持在280Pa左右恆壓廣2分鐘時間，目的是讓 矽烷與氨氣在反應室內各處充分混合均勻，然後將高頻電源設置為800w並開 啟，高頻工作方式為間歇式工作方式(即每放電5秒停15秒)讓矽片在反應 室內澱積長膜10分鐘後，切斷高頻與工藝氣體，將反應室內殘餘氣體抽乾淨， 再充入氮氣後抽空，反覆3次後，便可將矽片從反應室取出，沉積步驟完成。
本發明生長工藝過程中矽烷的流量為300sccm，氨氣流量保持原有工藝參 數1800sccm，其作用是通過降低工藝氣體中矽烷的含量來減緩膜的生長速度， 生長速度的降低還帶來了表面膜的均勻性更一致；生長工藝過程中高頻等離子 體源的功率為800W，較原工藝(1500W)降低約40%。
在整個實施過程中，氣體流量比例、沉積時間、高頻電源功率、反應室溫 度、反應室壓力均為重要參數，其能數調試好後不能隨意改動，確保使製備的 Si凡減反射膜重複性好、膜厚均勻、緻密性好。如圖3、圖4所示由於膜緻密性增強，因此當膜厚控制在78土3nm、折 射率為2.05±0. 02時減反射膜對入射光的減反射效果其反射率可達3 4%，。 配合後續的各道加工藝，製作和電池片光電轉換效率高達17%，且並聯電阻值 好，電池弱光響應優良。
權利要求
1、一種太陽電池減反射膜生產工藝，其特徵在於包括以下生產工藝步驟1)清潔單晶矽片將經過擴散形成PN結及經過等離子去邊與去PSG(磷矽玻璃)清洗潔淨的矽片清理乾淨，保持矽片表面乾燥、無水漬；2)插片將清潔乾燥的矽片N+層面向外垂直插入載片石墨舟內(注意整個片舟必須裝滿，如果不足必須用陪片替代)，然後以600mm/分的速度送入反應室內；3)恆溫片舟送入反應室，反應室內的環境溫度為480℃，由於冷端效應影響，其溫度會有一個60℃的下降，為了確保整個反應室內膜的緻密性均勻一致，必須使反應室內恆溫區溫度穩定，該過程需5分鐘左右；4)生長SixNy膜往反應室內通入流量300sccm的SiH4氣體和1800sccm的NH3氣體，並使反應室真空保持在280Pa左右恆壓1~2分鐘時間，目的是讓矽烷與氨氣在反應室內各處充分混合均勻，然後將高頻電源設置為800w並開啟，高頻工作方式為間歇式工作方式(即每放電5秒停15秒)讓矽片在反應室內澱積長膜10分鐘後，切斷高頻與工藝氣體，將反應室內殘餘氣體抽乾淨，再充入氮氣後抽空，反覆3次後，便可將矽片從反應室取出，沉積步驟完成。
全文摘要
本發明公開了一種可有效減少表面入射光反射損失，同時又可增強表面減反射膜緻密性、增加對有害雜質如Na+、Fe+等的阻擋的改良SixNy減反射膜生長工藝。本發明生長工藝過程中高頻等離子體源的功率為800W，反應室內的環境溫度為480℃，矽烷的流量為300sccm，氨氣流量保持原有工藝參數1800sccm，工藝矽片承載舟的進退速度為600mm/min，確保了所生長的膜層能及時鈍化退火(邊生長邊退火鈍化)，不僅使其緻密性增強，且PN結表面輻射損傷能及時有效修復。本發明適用於晶體矽太陽能電池的生產。
文檔編號H01L31/18GK101431122SQ20081016286
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年12月5日
發明者珊 何, 何旭梅, 向小龍, 王保軍, 蔣偉平, 酈曉苗 申請人:何旭梅