一種應用於冶金矽太陽電池的減反射膜及其製備方法
2024-03-23 13:45:05
專利名稱：：一種應用於冶金矽太陽電池的減反射膜及其製備方法
技術領域：
：本發明設計一種減反射膜及其製備方法，具體涉及一種應用於太陽電池表面的減反射膜及其製備方法。
背景技術：
：目前太陽電池製造包括如下步驟(l)矽片清洗制絨；(2)擴散製備PN結；(3)刻蝕去除矽片四周的PN結；(4)清洗去除磷矽玻璃；(5)製備減反射膜；(6)絲網印刷背電極銀漿，背電場鋁漿，正電極銀漿；(7)背電極、背場及正面電極共燒合金化(8)測試分選。在工業化生產中多採用太陽能級多晶矽和單晶矽，這大大增加了生產的成本。而髙純冶金級(UMG)多晶矽太陽電池的出現主要是為了降低成本，由於採用了物理法提純，其材料製作成本要大大低於採用西門子法提純的太陽能級多晶矽和單晶矽材料。但是由於UMG多晶矽材料的特殊性，其太陽電池的轉化效率要低於太陽能級多晶矽太陽電池。因此從製備減反射膜的工序著手，更進一步降低電池表面的光反射率，即增加光的透過率，進而更加光的吸收，有助於提高電池的光電轉化效率。減反射膜又稱增透膜，最簡單的增透膜是單層膜，它是鍍在光學零件光學表面上的一層折射率較低的薄膜。如果膜層的光學厚度是某一波長的四分之一，相鄰兩束光的光程差恰好為n，即振動方向相反，疊加的結果使光學表面對該波長的反射光減少。適當選擇膜層折射率，這時光學表面的反射光可以完全消除。一般情況下，採用單層增透膜很難達到理想的增透效果，為了在單波長實現零反射，或在較寬的光譜區達到好的增透效果，往往採用雙層、三層甚至更多層數的減反射膜。減反射膜是應用最廣、產量最大的一種光學薄膜，因此，它至今仍是光學薄膜技術中重要的研究課題，研究的重點是尋找新材料，設計新膜系，改進澱積工藝，使之用最少的層數，最簡單、最穩定的工藝，獲得儘可能髙的成品率，達到最理想的效果。
發明內容本發明目的是提供一次性控制得到不同折射率的雙層氮化矽膜及其製備方法，使減反射膜降低電池表面對光的反射，提高高純冶金級(UMG)多晶矽太陽電池的光電轉化效率；同時使該方法適用常規電池生產線的製備減反射膜工序，不影響太陽電池生產線的設備產能。為達到上述目的，本發明具體技術方案是，一種應用於高純冶金級多晶矽太陽電池的減反射膜，該減反射膜是由兩層膜構成，第一層膜設在髙純冶金級多晶矽太陽電池的矽片襯底的表面，第一層膜的厚度為3550nm，折射率為2.252.35;第二層膜設在第一層膜的表面，第二層膜的厚度為4055nm,折射率為1.952.05;兩層膜的成分均為氮化矽；兩層膜的綜合膜厚為8289nm,綜合折射率2.032.12。一種製備上述減反射膜的方法，包括以下步驟(1)按照電池常規前道工序處理方法，對矽片進行矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃，然後在350400'C預加熱2530s;(2)使用PECVD設備，在矽烷和氨氣的反應氣氛中第一階段鍍膜，矽烷流量為300340sccm，氨氣流量為800900sccm，工藝壓力為3.0e"3.1e^mbar,微波功率為3150-3350W,盛放矽片載板的傳輸速度為100110cm/min.，得到膜厚3545nm，折射率2.252.35的第一層氮化矽膜；(3)使用PECVD設備，在矽垸和氨氣的反應氣氛中第二階段鍍膜，矽烷流量為260300sccm，氨氣流量為14501600sccm，工藝壓力為3.0e"3.1e"mbar，微波功率為31503350W，盛放矽片載板的傳輸速度為100110cm/min.,得到膜厚4055nm，折射率1.952.05的第二層氮化矽膜本發明最終在矽片上得到綜合膜厚為8289nm折射率為2.032.12的減反射膜；該結構減反射膜的兩層膜的製備，雖然是如上分兩步來描述但是實際上兩層膜是在同一工藝腔內一次性鍍膜完成的。由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點1.本發明得到不同折射率的雙層氮化矽膜，該減反射膜可以明顯降低電池表面對光的反射，提高高純冶金級(UMG)多晶矽太陽電池的光電轉化效率；2.該方法適用常規電池生產線的製備減反射膜工序，不影響太陽電池生產線的設備產能。附圖1為本發明實施例一的太陽能電池的結構示意附圖2為本發明實施例一的減反射膜與常規工藝減反射膜的反射率對比附圖3為本發明實施例二的減反射膜與常規工藝減反射膜的反射率對比圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一將一組經常規矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃四步驟處理後的矽片(200片)，經如下過程處理1、350'C加熱28s;2、使用PECVD設備，在矽烷和氨氣的反應氣氛中第一階段鍍膜，矽烷流量為900sccm,氨氣流量為310sccm，工藝壓力為3.0e—1mbar，微波功率為3200W，載板傳輸速度為100cm/min.;3、使用PECVD設備，在矽垸和氨氣的反應氣氛中第二階段鍍膜，矽烷流量為1550sccm,氨氣流量為280sccm，工藝壓力為3.0e"mbar,微波功率為3200W,盛放矽片載板的傳輸速度為100cm/min.。上述兩個鍍膜階段是在同一工藝腔內連續完成的，最終在矽片表面沉積得到綜合膜厚為87.2387.98nm，綜合折射率為2.50402,0753的減反射膜，即本發明所提及的這種兩層不同折射率的減反射膜。然後，對鍍膜後矽片表面做光反射率測試。將另一組經常規矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃四步驟處理後的矽片(200片)，進行常規鍍膜工藝，然後，對鍍膜後矽片表面做光反射率測試。隨機抽取本發明提供的減反射膜沉積的矽片與常規減反射膜工藝沉積的矽片各一片做反射率測試，進行反射率對比，得到結果如圖2，其中曲線A表示常規減反射膜的反射率一波長曲線，曲線B表示本發明減反射膜的反射率一波長曲線。從圖2結果可以看出，本發明提供的減反射膜可以有效降低UMG多晶矽太陽電池表面的光反射率。實施例二將一組經常規矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃四步驟處理後的矽片(200片)，經如下過程1、350'C加熱30s;2、使用PECVD設備，在矽烷和氨氣的反應氣氛中第一階段鍍膜，矽垸流量為880sccm，氨氣流量為305sccm，工藝壓力為3.05e—1，微波功率為3200W,盛放矽片載板的傳輸速度為105cm/min.;3、使用PECVD設備，在矽烷和氨氣的反應氣氛中第二階段鍍膜，矽烷流量為1500sccm，氨氣流量為270sccm,工藝壓力為3.1e-1，微波功率為3200W,盛放矽片載板的傳輸速度為105cm/min.。上述兩個鍍膜階段是在同一工藝腔內連續完成的。最終在矽片表面沉積得到綜合膜厚為83.3-84.16nm，綜合折射率為2.0769-2.0917的減反射膜。即本發明所提及的這種兩層不同折射率的膜結構的減反射膜。然後，對鍍膜後矽片表面做反射率測試。測試完畢後，後續工序按電池常規工序做處理，得到一組電池片。將另一組經常規矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃四步驟處理後的矽片(200片)，進行常規鍍膜工藝，後續工序按常規處理，得到一組電池片。然後，隨機抽取本發明提供的減反射膜沉積的矽片與常規減反射膜工藝沉積的矽片各一片做反射率測試，進行反射率對比，得到結果如圖3，其中曲線C表示常規減反射膜的反射率一波長曲線，曲線D表示本發明減反射膜的反射率一波長曲線。從圖3結果可以看出，本發明提供的減反射膜可以有效降低UMG多晶矽太陽電池表面的光反射率。並在AM1.5，25'C條件下，測試得到電池片的開路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，串聯電阻Rs，並聯電阻Rsh,光電轉換效率EFF，對比數據如下所示-tableseeoriginaldocumentpage7從以上結果可以看出，本發明提供的減反射膜能有效提髙UMG多晶矽太陽電池的短路電流(Isc),進而提高電池光電轉換效率。實施例三將一組經常規矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃四步驟處理後的矽片(200片)，經如下過程處理1、350'C加熱26s;2、使用PECVD設備，在矽垸和氨氣的反應氣氛中第一階段鍍膜，矽烷流量為850sccm，氨氣流量為300sccm，工藝壓力為3.0e-1mbar，微波功率為3250W，載板傳輸速度為103cm/min.;3、使用PECVD設備，在矽垸和氨氣的反應氣氛中第二階段鍍膜，矽垸流量為1580sccm，氨氣流量為295sccm，工藝壓力為3.0e"mbar,微波功率為3250W，盛放矽片載板的傳輸速度為103cm/min.。兩個鍍膜階段是在同一工藝腔內連續完成的。最終在矽片表面沉積得到綜合膜厚為87.20-88.02nm，綜合折射率為2.4870-2.0721的減反射膜，即本發明所提及的這種兩層不同折射率的減反射膜。後續工序按常規處理，得到一組電池片。將另一組經常規矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃四步驟處理後的矽片(200片)，進行常規鍍膜工藝，後續工序按常規處理，得到一組電池片。在AMI.5，25'C條件下，測試開路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF,串聯電阻Rs，並聯電阻Rsh，光電轉換效率EFF，對比數據如下所示-tableseeoriginaldocumentpage7從以上結果可以看出，本發明提供的減反射膜能有效提高UMG多晶矽太陽電池的短路電流(Isc)，進而提高電池光電轉換效率。權利要求1.一種應用於高純冶金級多晶矽太陽電池的減反射膜，該減反射膜是由兩層膜構成，第一層膜設在高純冶金級多晶矽太陽電池的矽片襯底的表面，第二層膜設在第一層膜的表面，其特徵在於第一層膜的厚度為35～50nm，折射率為2.25～2.35；第二層膜的厚度為40～55nm，折射率為1.95～2.05；兩層膜的成分均為氮化矽。2.根據權利要求1所述的一種應用於高純冶金級多晶矽太陽電池的減反射膜，第一層膜和第二層膜的綜合膜厚為8289nm，綜合折射率2.03~2.12。3.—種製備權利要求1所述的減反射膜的方法，包括以下步驟按照電池常規前道工序處理方法，對矽片進行矽片清洗制絨、擴散製備PN結、刻蝕去除矽片四周的PN結、清洗去除磷矽玻璃，其特徵在於然後包括以下步驟(1)在350400'C預力口熱2530s;(2)使用PECVD設備，在矽烷和氨氣的反應氣氛中進行第一階段鍍膜，矽烷流量為300340sccm，氨氣流量為800900sccm，工藝壓力為3.0e"3.1e"mbar，微波功率為3150-3350W,盛放矽片載板的傳輸速度為100110cm/min，得到膜厚為35~45nm，折射率為2.252.35的第一層氮化矽膜；(3)使用PECVD設備，在矽垸和氨氣的反應氣氛中進行第二階段鍍膜，矽垸流量為260300sccm,氨氣流量為14501600sccm，工藝壓力為3.0e13.1e"mbar，微波功率為31503350W,盛放矽片載板的傳輸速度為100110cm/min，得到膜厚為4055nm，折射率為1.952.05的第二層氮化矽膜。全文摘要本發明公開了一種應用於高純冶金級多晶矽太陽電池的減反射膜，該減反射膜是由兩層膜構成，第一層膜設在高純冶金級多晶矽太陽電池的矽片襯底的表面，第一層膜的厚度為35～50nm，折射率為2.25～2.35；第二層膜設在第一層膜的表面，第二層膜的厚度為40～55nm，折射率為1.95～2.05；兩層膜的成分均為氮化矽；兩層膜的綜合膜厚為82～89nm，綜合折射率2.03～2.12。該減反射膜可以明顯降低電池表面對光的反射，提高高純冶金級(UMG)多晶矽太陽電池的光電轉化效率。文檔編號G02B1/11GK101527326SQ20091002489公開日2009年9月9日申請日期2009年3月2日優先權日2009年3月2日發明者王栩生,章靈軍,趙鈺雪,辛國軍申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司;常熟阿特斯陽光電力科技有限公司