一種晶體矽太陽能電池減反射膜及其製備工藝的製作方法

2023-05-28 20:36:31 1

一種晶體矽太陽能電池減反射膜及其製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明是一種晶體矽太陽能電池的減反射膜及其製備工藝，該減反射膜的總厚度為80-95nm，折射率為1.8-2.05；該減反射膜由至少五層膜構成，且總層數為奇數，奇數層均為二氧化矽膜，折射率為1.4-1.7；其中，偶數層均為氮化矽膜，位於減反射膜第二層的氮化矽膜折射率最大，其折射率為2.15-2.25，下一層氮化矽膜的折射率依次比上一層氮化矽膜的折射率低0.05-0.25；各層膜的厚度根據反射膜的總厚度及總層數進行設定，二氧化矽膜的厚度為5-50nm，氮化矽膜的厚度為5-50nm。本發明的減反射膜具有優良的緻密性和抗PID衰減性能，能顯著減低太陽能電池的反射率，提高電池的光電轉化效率。
【專利說明】
—種晶體矽太陽能電池減反射膜及其製備工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種減反射膜及其製備工藝，特別是涉及一種晶體矽太陽能電池的減反射膜及其製備工藝。

【背景技術】
[0002]近幾年的研究表明，存在於晶體矽光伏組件中的電路與其接地金屬邊框之間的高電壓，會造成組件光伏性能的持續衰減，業內稱之為電位誘導衰減(簡稱PID效應)。PID效應使得組件中封裝的電池表面鈍化效果惡化，形成較高電流的漏電迴路，使得電池填充因子、開路電壓、短路電流降低。PID效應可以使組件功率下降30%以上。因此如何解決PID問題已經成為太陽能電池製造工藝中的一個非常重要的環節。
[0003]傳統的抗PID PECVD鍍膜工藝如下:(I)將制絨、擴散、刻蝕清洗後的矽片放置於一真空腔室中進行加熱，通常預熱到430度以上；(2)通入特殊氣體(一般為矽烷、氨氣)，開啟射頻電源放電產生活性極強的等離子體，在矽片表面形成一層或者多層不同折射率的氮化娃娃膜(通常綜合折射率控制在2.15-2.35之間)；第一層(娃片襯底的擴散層表面)通常生成折射率較高的氮化矽矽膜，以實現鈍化矽片懸掛鍵的目的；其餘各層折射率依次降低，實現膜層低反射率的目的；(3)關閉微波源和特氣，降溫後將矽片取出。傳統方法製作的抗PID矽膜，或者是單層膜或者漸變式多層氮化矽膜，表層鈍化效果不理想；各層矽膜之間折射率是連續過渡，減反射效果有限。膜層綜合折射率偏高，壓成組件後，綜合反射率升高，膜層對透射光的吸收衰減率顯著增強。另外，由於膜層生長過程中，矽片及矽片載體溫度持續上升，溫度變化也將導致生長而成的矽膜性質存在差異。
[0004]為了改善傳統鍍膜方式的缺陷，近年來國內外部分公司開始嘗試引入氧氣或者NOx氣體，或者氧氣/NOx氣體混合矽烷，或者氧氣/NOx氣體混合矽烷、氨氣等方法。在矽片表面採用O3氧化或者電離O2或者電離NOx，在最內層形成S12層，然後採用傳統方法在最內層S12層表面依次生長不同折射率的氮化矽膜層(折射率依次增加)，改善矽片表面鈍化效果。在最外層形成低折射率的S12膜層或者氮矽氧化膜層(折射率通常低於2.0)，增強矽膜減反射能力。以上改進方法在一定程度上解決了傳統鍍膜方式生長的矽膜存在的弊端，但是該方法僅能改善膜層最內層或者最內層和最外層性質，中間各層膜的性質維持不變，傳統方法生長矽膜的缺陷依然存在，膜層質量改善效果有限。膜層總折射率依然顯著大於2.05，組件減反射效果有限。另外，鍍膜過程中溫度的變化對各膜層性質的影響，未見有相應的改善措施。因此，開發特殊的PECVD工藝，沉積出低折射率、抗PID衰減的特殊性能矽膜具有非常重要的意義。


【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種晶體矽太陽能電池的減反射膜及其製備工藝，具有優良的緻密性和抗PID衰減性能，能顯著減低太陽能電池的反射率，提高電池的光電轉化效率。
[0006]本發明解決以上技術問題的技術方案是:
一種晶體矽太陽能電池減反射膜，該減反射膜的總厚度為80-95nm，折射率為1.8-2.05;該減反射膜由至少五層膜構成，且總層數為奇數，其中，第一層膜沉積在矽片表面，第二層膜沉積在第一層膜表面，第三層膜沉積在第二層膜表面，第四層膜沉積在第三層膜表面，第五層膜沉積在第四層膜表面，更多層膜以此類推；其中，奇數層均為二氧化矽膜，折射率為1.4-1.7 ;其中，偶數層均為氮化矽膜，位於減反射膜第二層的氮化矽膜折射率最大，其折射率為2.15-2.25,下一層氮化娃膜的折射率依次比上一層氮化娃膜的折射率低
0.05-0.25 ;其中，各層膜的厚度根據反射膜的總厚度及總層數進行設定，二氧化矽膜的厚度為5-65nm,氮化娃膜的厚度為10_80nm。
[0007]本發明的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，將制絨、擴散及刻蝕清洗後的矽片放置於一真空腔室中進行加熱，用PECVD方法將二氧化矽膜和氮化矽膜按次序依次沉積。
[0008]優選的，本發明的晶體矽太陽能電池減反射膜，由五層膜構成，其中第一層膜為二氧化矽膜，其厚度為5-20nm，折射率為1.4-1.7 ;第二層膜為氮化矽膜，其厚度為10_30nm，折射率為2.15-2.25 ;第三層膜為二氧化矽膜，其厚度為5-15nm，折射率為1.4-1.7 ;第四層膜為氮化矽膜，其厚度為30-50nm，折射率為2.0-2.1 ;第五層膜為二氧化矽膜，其厚度為10-30nm，折射率為 1.4-1.7。
[0009]上述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，按以下步驟進行:
(-)將制絨、擴散及刻蝕清洗後的矽片放置於一真空腔室中進行加熱；
(二)用PECVD方法在步驟(-)的矽片的擴散表面，沉積一層膜厚為5-20nm，折射率為
1.4-1.7的二氧化矽矽膜；
㈢用PECVD方法在步驟㈡的矽膜表面，沉積一層膜厚為10-30nm，折射率為2.15-2.25的氮化娃娃娃膜；
㈣用PECVD方法在步驟㈢的矽膜表面，沉積一層膜厚為5-15nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜；
㈤用PECVD方法在步驟㈣的矽膜表面，沉積一層膜厚為30-50nm，折射率為2.0-2.1的氮化矽矽膜；
㈥用PECVD方法在步驟(5)的矽膜表面，沉積一層膜厚為10-30nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜；
㈦關閉微波源和氣體，降溫取片。
[0010]上述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，其中步驟㈠中，加熱溫度為430-450 O。
[0011]上述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，步驟㈡中PECVD工藝所用氣體原料為NOx或O2，氣體流量為l-2L/min，時間為50-200S ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430_450°C ；
步驟㈢中PECVD工藝所用氣體原料為矽烷和氨氣，氣體流量分別是800-1300ml/min和3-7.5L/min,時間都是70_250s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
步驟㈣中PECVD工藝所用氣體原料為NOx和矽烷，氣體流量分別為2-4L/min和200-600ml/min，時間都為30_100s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
步驟㈤中PECVD工藝所用氣體原料為矽烷和氨氣，氣體流量分別是400-700ml/min和6.5-9L/min,時間都是300_550s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
步驟㈥中PECVD工藝所用氣體原料為NOx和矽烷，氣體流量分別為2-4L/min和200-600ml/min,時間都為80_300s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C。
[0012]上述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，步驟㈦中，關閉氣體和微波源後，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，再次通入8_10L/min氮氣，降溫，氣壓達到大氣壓後開啟爐門，取片。
[0013]由於上述技術方案的採用，和現有技術相比，本發明的優點如下:⑴本發明得到了由二氧化矽膜和氮化矽膜組成的多層交互複合減反射膜，與現有技術相比，該技術沉積得到的矽膜性質穩定、均勻、緻密，抗腐蝕等性能優良，抗PID衰減性能優良，實驗證明，該技術沉積的多層膜(至少五層)能順利通過溫度為85攝氏度，溼度為85%條件下的PID測試，PID衰減值2% ;⑵本發明得到的矽膜，綜合折射率介於1.8-2.05之間，減反射效果優良，該矽膜能顯著增加太陽能電池和組件的光電轉化效率，實驗證明，沉積有該矽膜的電池，轉化效率增加0.15%以上，層壓而成的電池組件，效率增益在1-5瓦甚至更高；ω本發明製備方法簡單，能充分利用現有PECVD設備實現相關工藝過程，適合大規模化生產。

【具體實施方式】
[0014]實施例1
本實施例是一種晶體矽太陽能電池減反射膜，該減反射膜的總厚度為80-95nm，折射率為1.8-2.05 ;由五層膜構成，其中第一層膜為二氧化矽膜，其厚度為5-20nm，折射率為1.4-1.7 ;第二層膜為氮化矽膜，其厚度為10-30nm，折射率為2.15-2.25 ;第三層膜為二氧化矽膜，其厚度為5-15nm，折射率為1.4-1.7 ;第四層膜為氮化矽膜，其厚度為30_50nm，折射率為2.0-2.1 ;第五層膜為二氧化矽膜，其厚度為10-30nm，折射率為1.4-1.7。
[0015]本實施例的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，按以下步驟進行:
(-)將制絨、擴散及刻蝕清洗後的矽片放置於一真空腔室中進行加熱；加熱溫度為430-450 0C ；
(二)用PECVD方法在步驟(-)的矽片的擴散表面，沉積一層膜厚為5-20nm，折射率為
1.4-1.7的二氧化矽矽膜；本步驟PECVD設備所通入的工藝氣體為NOx或02，氣體流量為l-2L/min,時間為50_200s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
㈢用PECVD方法在步驟㈡的矽膜表面，沉積一層膜厚為10-30nm，折射率為2.15-2.25的氮化矽矽矽膜；本步驟所用工藝氣體為矽烷和氨氣，氣體流量分別是800-1300ml/min和3-7.5L/min,時間都是70_250s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
㈣用PECVD方法在步驟㈢的矽膜表面，沉積一層膜厚為5-15nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜；本步驟所用工藝氣體為NOx和矽烷，氣體流量分別為2-4L/min和200-600ml/min,時間都為30-100S ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
㈤用PECVD方法在步驟㈣的矽膜表面，沉積一層膜厚為30-50nm，折射率為2.0-2.1的氮化矽矽膜；本步驟中的工藝氣體為矽烷和氨氣，氣體流量分別是400-700ml/min和
6.5-9L/min,時間都是300_550s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
㈥用PECVD方法在步驟(5)的矽膜表面，沉積一層膜厚為10-30nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜；本步驟中的工藝氣體為NOx和矽烷，氣體流量分別為2-4L/min和200-600ml/min,時間都為80_300s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ；
㈦關閉氣體和微波源後，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，再次通入8-10L/min氮氣，降溫，氣壓達到大氣壓後開啟爐門，取片。
[0016]本實施例的晶體矽太陽能電池減反射膜能順利通過溫度為85攝氏度，溼度為85%條件下的PID測試，PID衰減值2% ;綜合折射率介於1.8-2.05之間，減反射效果優良；本實施例矽膜能顯著增加太陽能電池和組件的光電轉化效率，沉積有該矽膜的電池，轉化效率增加0.15%以上，層壓而成的電池組件，效率增益在1-5瓦甚至更高。
[0017]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種晶體矽太陽能電池減反射膜，該減反射膜的總厚度為80-95nm，折射率為1.8-2.05 ;其特徵在於:該減反射膜由至少五層膜構成，且總層數為奇數，其中，第一層膜沉積在矽片表面，第二層膜沉積在第一層膜表面，第三層膜沉積在第二層膜表面，第四層膜沉積在第三層膜表面，第五層膜沉積在第四層膜表面，更多層膜以此類推； 其中，奇數層均為二氧化矽膜，折射率為1.4-1.7 ； 其中，偶數層均為氮化矽膜，位於減反射膜第二層的氮化矽膜折射率最大，其折射率為2.15-2.25,下一層氮化娃膜的折射率依次比上一層氮化娃膜的折射率低0.05-0.25 ； 其中，各層膜的厚度根據反射膜的總厚度及總層數進行設定，二氧化矽膜的厚度為5_65nm,氮化娃膜的厚度為10_80nm。
2.如權利要求1所述的晶體矽太陽能電池減反射膜，其特徵在於:該減反射膜由五層膜構成，其中第一層膜為二氧化矽膜，其厚度為5-20nm，折射率為1.4-1.7 ;第二層膜為氮化矽膜，其厚度為10-30nm，折射率為2.15-2.25 ;第三層膜為二氧化矽膜，其厚度為5_15nm，折射率為1.4-1.7 ;第四層膜為氮化矽膜，其厚度為30_50nm，折射率為2.0-2.1 ;第五層膜為二氧化矽膜，其厚度為10-30nm，折射率為1.4-1.7。
3.如權利要求1所述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，其特徵在於:將制絨、擴散及刻蝕清洗後的矽片放置於一真空腔室中進行加熱，用PECVD工藝將二氧化矽膜和氮化矽膜按的設定的位置依次沉積。
4.如權利要求2所述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，其特徵在於:按以下步驟進行: (-)將制絨、擴散及刻蝕清洗後的矽片放置於一真空腔室中進行加熱； ㈡用PECVD工藝在步驟㈠的矽片的擴散表面，沉積一層膜厚為5-20nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜； ㈢用PECVD工藝在步驟㈡的矽膜表面，沉積一層膜厚為10-30nm，折射率為2.15-2.25的氮化娃娃娃膜； ㈣用PECVD工藝在步驟㈢的矽膜表面，沉積一層膜厚為5-15nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜； ㈤用PECVD工藝在步驟㈣的矽膜表面，沉積一層膜厚為30-50nm，折射率為2.0-2.1的氮化矽矽膜； ㈥用PECVD工藝在步驟(5)的矽膜表面，沉積一層膜厚為10-30nm，折射率為1.4-1.7的二氧化矽矽膜； ㈦關閉微波源和氣體，降溫取片。
5.如權利要求4所述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，其特徵在於:所述步驟㈠中，加熱溫度為430-450°C。
6.如權利要求4所述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，其特徵在於: 所述步驟㈡中PECVD工藝所用氣體原料為NOx或O2，氣體流量為l-2L/min，時間為50-200s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ； 所述步驟㈢中PECVD工藝所用氣體原料為矽烷和氨氣，氣體流量分別是800-1300ml/min和3-7.5L/min,時間都是70_250s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ； 所述步驟㈣中的PECVD工藝所用氣體原料為NOx和矽烷，氣體流量分別為2-4L/min和200-600ml/min，時間都為30_100s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ； 所述步驟㈤中的PECVD工藝所用氣體原料為矽烷和氨氣，氣體流量分別是400-700ml/min和6.5-9L/min,時間都是300_550s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C ； 所述步驟㈥中的PECVD工藝所用氣體原料為NOx和矽烷，氣體流量分別為2-4L/min和200-600ml/min,時間都為80_300s ;鍍膜結束後關閉氣體和電源，抽真空後通入5_8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，停止加熱，降溫至430-450°C。
7.如權利要求4所述的晶體矽太陽能電池減反射膜的製備工藝，其特徵在於:所述步驟㈦中，關閉氣體和微波源後，抽真空後通入5-8L/min氮氣吹掃，再次抽真空，再次通入8-10L/min氮氣，降溫,氣壓達到大氣壓後開啟爐門，取片。
【文檔編號】C23C16/40GK104393061SQ201410695684
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】郭強, 王立建 申請人:浙江昱輝陽光能源江蘇有限公司