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CN106449784A - 太阳能电池减反射膜及其制备方法及太阳能电池片 - Google Patents

太阳能电池减反射膜及其制备方法及太阳能电池片 Download PDF

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CN106449784A
CN106449784A CN201610984015.5A CN201610984015A CN106449784A CN 106449784 A CN106449784 A CN 106449784A CN 201610984015 A CN201610984015 A CN 201610984015A CN 106449784 A CN106449784 A CN 106449784A
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sccm
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CN201610984015.5A
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曹江伟
张伟
韦新松
曹洋洋
张锐
鲁军
刘辉
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Xuzhou Xinyu Photovoltaic Technology Co Ltd
GCL System Integration Technology Co Ltd
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Xuzhou Xinyu Photovoltaic Technology Co Ltd
GCL System Integration Technology Co Ltd
GCL System Integration Technology Suzhou Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池减反射膜，其包括依次形成于硅基衬底上的第一层、第二层、第三层、以及第四层；第一层为二氧化硅层；第二层、第三层及第四层均为硅的氮化物层；第二层、第三层以及第四层的折射率递减；第一层、第二层、第三层以及第四层的厚度递增。上述太阳能电池减反射膜，包括四层结构，其底层为二氧化硅层，可以有效起到钝化效果，且结合其上的三层硅的氮化物层，且折射率逐层递减而厚度逐层递增，有效优化了太阳能电池减反射膜的性能，从而降低了光的反射，使太阳能电池的光电转换效率提高。另外，本发明的太阳能电池减反射膜还可以提高开路电压。本发明还提供了一种太阳能电池减发射膜的制备方法及太阳能电池片。

Description

太阳能电池减反射膜及其制备方法及太阳能电池片
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及太阳能电池减反射膜及其制备方法及太阳能电池片。
背景技术
太阳能电池发展的主要趋势是高转换效率。为了提高太阳能电池的转换效率，降低电池表面的光反射，增加光的有效吸收是十分必要的。目前主要由两种方法被用来最大限度的降低反射率，一是将电池表面腐蚀制成绒面，在其表面形成多次反射，增加光与硅片表面的作用次数，从而提高电池对光的吸收；二是在电池表面镀上光学减反射膜，通过光的干涉作用来减少反射光。另外，减反射膜还需具有一定的钝化效果，这样有助于进一步提高太阳能电池的光电转换效率。
目前，太阳能电池的减反射膜一般为单层氮化硅或两层氮化硅结构。但上述减反射膜的反射率仍然较高，钝化效果也较差，从而导致光电转换效率较低。
发明内容
基于此，有必要针对现有太阳能电池的光电转换效率较低问题，提供一种可提高光电转换效率的太阳能电池减反射膜。
一种太阳能电池减反射膜，包括：
第一层，形成于硅基衬底上；所述第一层为二氧化硅层；
第二层，形成于所述第一层上；所述第二层为硅的氮化物层；
第三层，形成于所述第二层上；所述第三层为硅的氮化物层；
以及第四层，形成于所述第三层上；所述第四层为硅的氮化物层；
所述第二层、所述第三层以及所述第四层的折射率递减；所述第一层、所述第二层、所述第三层以及所述第四层的厚度递增。
上述太阳能电池减反射膜，包括四层结构，其底层为二氧化硅层，可以有效起到钝化效果，且结合其上的三层硅的氮化物层，且折射率逐层递减而厚度逐层递增，有效优化了太阳能电池减反射膜的性能，从而降低了光的反射，使太阳能电池的光电转换效率提高。另外，本发明的太阳能电池减反射膜还可以提高开路电压。
在其中一个实施例中，所述第二层的折射率为2.35～2.55；所述第三层的折射率为1.95～2.15；所述第四层的折射率为1.75～1.95。
在其中一个实施例中，所述第一层的厚度为1～20nm。
在其中一个实施例中，所述第二层的厚度为5～25nm；所述第三层的厚度为15～35nm；所述第四层的厚度为25～55nm。
在其中一个实施例中，所述太阳能电池减反射膜的厚度为60～100nm。
本发明还提供了一种上述太阳能电池减反射膜的制备方法。
一种太阳能电池减反射膜的制备方法，包括如下步骤：
在所述硅基衬底上形成所述第一层；
在所述第一层上形成所述第二层；
在所述第二层上形成所述第三层；
在所述第三层上形成所述第四层。
上述太阳能电池减反射膜的制备方法，无需增加设备，可以简单快捷的增加太阳能电池的光电转换效率。
在其中一个实施例中，所述第一层、所述第二层、所述第三层、以及所述第四层的形成均采用等离子增强化学气相沉积而成。
在其中一个实施例中，在形成所述第一层的步骤中，通入的气体为一氧化二氮或二氧化碳；气体流量为3000～12000sccm。
在其中一个实施例中，在形成所述第二层的步骤中，氨气的流量为2500～7000sccm，硅烷的流量为800～2500sccm；在形成所述第三层的步骤中，氨气的流量为6000～9000sccm，硅烷的流量为300～1100sccm；在形成所述第四层的步骤中，氨气的流量为7000～11000sccm，硅烷的流量为250～800sccm。
本发明还提供了太阳能电池片。
一种太阳能电池片，包括本发明所提供的太阳能电池减反射膜。
上述太阳能电池片，由于采用本发明所提供的太阳能电池减反射膜，故太阳能电池的光电转换效率高。
附图说明
图1为本发明一实施方式的太阳能电池减反射膜的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，本发明一实施方式的太阳能电池减反射膜100，包括形成于硅基衬底200上的第一层110、形成于第一层110上的第二层120、形成于第二层120上的第三层130、以及形成于第三层130上的第四层。也就是说，太阳能电池减反射膜100由依次形成于硅基衬底200上的第一层110、第二层120、第三层130以及第四层140组成。
其中，硅基衬底200为太阳能电池减反射膜100提供承载。优选地，硅基衬底200选自单晶硅衬底或多晶硅衬底。硅基衬底200一般通过将硅片经制绒、扩散、刻蚀等工艺制成。
其中，第一层110为二氧化硅层；也就是说，第一层110的材质是二氧化硅。二氧化硅的具有高损伤阈值和优良的光学性能。将二氧化硅层作为太阳能电池减反射膜的底层，直接与硅基衬底接触，可以钝化界面。并且其优良的光学性能进一步提高太阳能电池减反射膜的性能。
其中，第二层120、第三层130以及第四层140均为硅的氮化物层；也就是说，第二层120、第三层130以及第四层140的材质均是硅的氮化物SiNx。但是，在第二层120、第三层130以及第四层140中，硅的氮化物的Si与N的元素比例不同，也即x的数值不同。
在本发明中，第二层120、第三层130以及第四层140的折射率递减。也就是说，第三层130的折射率比第二层120的折射率小，而第四层140的折射率又比第三层130的折射率小。
优选地，第二层120的折射率为2.35～2.55；第三层130的折射率为1.95～2.15；第四层140的折射率为1.75～1.95。
在本发明中，第一层110、第二层120、第三层130以及第四层140的厚度递增。也就是说，第二层120的厚度比第一层110的厚度大；第三层130的厚度比第二层120的厚度大，而第四层140的厚度又比第三层130的厚度大。
优选地，第一层110的厚度为1～20nm。
优选地，第二层120的厚度为5～25nm；第三层130的厚度为15～35nm；第四层140的厚度为25～55nm。这样可以使太阳能电池减反射膜100的结构更加优化，并且进一步提高太阳能电池减反射膜100的减反射效果。
优选地，太阳能电池减反射膜的厚度为60～100nm。这样可以减少反射，增强表面钝化，从而提升光伏电池的开路电压和转换效率。
上述太阳能电池减反射膜，包括四层结构，其底层为二氧化硅层，可以有效起到钝化效果，且结合其上的三层硅的氮化物层，且折射率逐层递减而厚度逐层递增，有效优化了太阳能电池减反射膜的性能，从而降低了光的反射，使太阳能电池的光电转换效率提高。另外，本发明的太阳能电池减反射膜还可以提高开路电压。
本发明还提供了一种上述太阳能电池减反射膜的制备方法。
一种太阳能电池减反射膜的制备方法，包括如下步骤：
在硅基衬底上形成第一层；
在第一层上形成第二层；
在第二层上形成第三层；
在第三层上形成第四层。
其中，硅基衬底可以自己制备，一般通过将硅片经制绒、扩散、刻蚀等工艺制成。硅基衬底的制备方法为本领域技术人员所公知的，在此不再赘述。
优选地，第一层、第二层、第三层、以及第四层的形成均采用等离子增强化学气相沉积PECVD而成。更优选地，采用管式PECVD。当然，可以理解的是，亦可以采用其它沉积方式形成太阳能电池减反射膜的各层。
具体地，首先，将硅基衬底插入管式PECVD的石墨框中，然后置于管式PECVD的沉积腔内，然后抽真空、升温。然后沉积每层，通过改变气源、气体流量、真空度、压力、功率、时间来控制每层的材料组成、折射率以及厚度。
优选地，在形成第一层的步骤中，通入的气体为一氧化二氮或二氧化碳；气体流量为3000～12000sccm。通过气源一氧化二氮或二氧化碳与硅基衬底中的硅反应生成二氧化硅。
优选地，在形成第一层的步骤中，功率为3000～7000W，时间为30～500sec。
优选地，在形成第二层、第三层、以及第四层时，通入的气体为氨气和硅烷；氨气和硅烷在沉积过程中生成硅的氮化物。
更优选地，形成第二层的步骤中，氨气的流量为2500～7000sccm，硅烷的流量为800～2500sccm；在形成第三层的步骤中，氨气的流量为6000～9000sccm，硅烷的流量为300～1100sccm；在形成第四层的步骤中，氨气的流量为7000～11000sccm，硅烷的流量为250～800sccm。
更优选地，第二层的沉积时间为50～250sec；第三层的沉积时间为150～350sec；第四层的沉积时间为250～550sec。
更优选地，在形成第二层、第三层、以及第四层时，功率为5000～7000W。
上述太阳能电池减反射膜的制备方法，无需增加设备，可以简单快捷的增加太阳能电池的光电转换效率。
本发明还提供了一种太阳能电池片。
一种太阳能电池片，包括本发明所提供的太阳能电池减反射膜。
上述太阳能电池片，由于采用本发明所提供的太阳能电池减反射膜，故太阳能电池的光电转换效率高。
以下结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
将156×156硅片进行制绒；将制绒后的硅片进行扩散制备PN结，刻蚀去除磷硅玻璃并刻边，并清洗后得到硅基衬底。
将硅基衬底插入石墨框后，置于管式PECVD镀膜设备(Centrotherm、捷佳伟创)的沉积腔内抽真空，并升温至400℃；
当真空室真空达到1700mtor，高频电源功率设置为4000W，开启高频电源，在炉管内通入二氧化碳气体，气体流量为4000sccm，沉积时间100sec。从而在硅基衬底上沉积一层2nm的二氧化硅膜。
然后，在炉管内通入气体流量为4200sccm的氨气、1300sccm的硅烷，在6000W的射频功率下电离150sec。从而在二氧化硅膜上沉积厚度为15nm，折射率为2.45的硅的氮化物薄膜，即第二层。
接着，在炉管内通入气体流量为7700sccm的氨气、750sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离250sec。从而在第二层上沉积厚度为25nm，折射率为2.06的硅的氮化物薄膜，即第三层；
最后，在炉管内通入气体流量为8500sccm的氨气、630sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离400sec。从而在第三层上沉积厚度为40m，折射率为1.85的硅的氮化物薄膜，即第四层。
实施例2
将实施例1中的相同的硅基衬底插入石墨框后，置于管式PECVD镀膜设备(Centrotherm、捷佳伟创；与实施例1相同)的沉积腔内抽真空，并升温至420℃；
当真空室真空达到1800mtor，高频电源功率设置为6500W，开启高频电源，在炉管内通入二氧化碳气体，气体流量为9000sccm，沉积时间250sec。从而在硅基衬底上沉积一层8nm的二氧化硅膜。
然后，在炉管内通入气体流量为5200sccm的氨气、1400sccm的硅烷，在7000W的射频功率下电离180sec。从而在二氧化硅膜上沉积厚度为18nm，折射率为2.42的硅的氮化物薄膜，即第二层。
接着，在炉管内通入气体流量为7200sccm的氨气、830sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离190sec。从而在第二层上沉积厚度为19nm，折射率为2.08的硅的氮化物薄膜，即第三层；
最后，在炉管内通入气体流量为10000sccm的氨气、680sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离410sec。从而在第三层上沉积厚度为41m，折射率为1.85的硅的氮化物薄膜，即第四层。
实施例3
将实施例1中的相同的硅基衬底插入石墨框后，置于管式PECVD镀膜设备(Centrotherm、捷佳伟创；与实施例1相同)的沉积腔内抽真空，并升温至430℃；
当真空室真空达到1500mtor，高频电源功率设置为6500W，开启高频电源，在炉管内通入二氧化碳气体，气体流量为9000sccm，沉积时间200sec。从而在硅基衬底上沉积一层6nm的二氧化硅膜。
然后，在炉管内通入气体流量为5600sccm的氨气、1200sccm的硅烷，在7000W的射频功率下电离130sec。从而在二氧化硅膜上沉积厚度为13nm，折射率为2.43的硅的氮化物薄膜，即第二层。
接着，在炉管内通入气体流量为7800sccm的氨气、880sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离220sec。从而在第二层上沉积厚度为22nm，折射率为2.02的硅的氮化物薄膜，即第三层；
最后，在炉管内通入气体流量为8800sccm的氨气、550sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离440sec。从而在第三层上沉积厚度为44m，折射率为1.83的硅的氮化物薄膜，即第四层。
对比例1
将实施例1中的相同的硅基衬底插入石墨框后，置于管式PECVD镀膜设备(Centrotherm、捷佳伟创；与实施例1相同)的沉积腔内抽真空，并升温至470℃；
当真空室真空达到1800mtor，高频电源功率设置为7000W，开启高频电源，在炉管内通入气体流量为5000sccm的氨气、1300sccm的硅烷，沉积200sec。从而在硅基衬底上沉积厚度为20nm，折射率为2.45的硅的氮化物薄膜。
接着，在炉管内通入气体流量为7000sccm的氨气、800sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离220sec。从而再沉积厚度为22nm，折射率为2.06的硅的氮化物薄膜；
最后，在炉管内通入气体流量为9500sccm的氨气、650sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离420sec。从而再沉积厚度为42m，折射率为1.87的硅的氮化物薄膜。
对比例2
将实施例1中的相同的硅基衬底插入石墨框后，置于管式PECVD镀膜设备(Centrotherm、捷佳伟创；与实施例1相同)的沉积腔内抽真空，并升温至380℃；
当真空室真空达到1500mtor，高频电源功率设置为7000W，开启高频电源，在炉管内通入气体流量为5500sccm的氨气、1100sccm的硅烷，沉积130sec。从而在硅基衬底上沉积厚度为13nm，折射率为2.42的硅的氮化物薄膜。
接着，在380℃，在炉管内通入气体流量为7500sccm的氨气、900sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离240sec。从而再沉积厚度为22nm，折射率为2.05的硅的氮化物薄膜；
最后，在380℃，在炉管内通入气体流量为9000sccm的氨气、550sccm的硅烷，在6500W的射频功率下电离460sec。从而再沉积厚度为46m，折射率为1.82的硅的氮化物薄膜。
性能测试：
将实施例1-3以及对比例1-2得到产物以相同的工艺参数形成太阳能电池片，然后对太阳能电池片进行开路电压以及转换效率的测试，测试结果见表1：
表1
开路电压(mV) 光电转换效率(％)
实施例1 634.0 18.386
实施例2 634.3 18.378
实施例3 635.3 18.395
对比例1 633.3 18.253
对比例2 633.6 18.270
从表1可以看出，本发明实施例1-3所得到太阳能电池片，相比对比例1-2所得到太阳能电池片，无论开路电压以及光电转换效率均有较大幅度的提升。这说明本发明的太阳能电池减反射膜，能够提高太阳能电池片的开路电压以及光电转换效率，从而进一步提升太阳能电池的性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太阳能电池减反射膜，其特征在于，包括：
第一层，形成于硅基衬底上；所述第一层为二氧化硅层；
第二层，形成于所述第一层上；所述第二层为硅的氮化物层；
第三层，形成于所述第二层上；所述第三层为硅的氮化物层；
以及第四层，形成于所述第三层上；所述第四层为硅的氮化物层；
所述第二层、所述第三层以及所述第四层的折射率递减；所述第一层、所述第二层、所述第三层以及所述第四层的厚度递增。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述第二层的折射率为2.35～2.55；所述第三层的折射率为1.95～2.15；所述第四层的折射率为1.75～1.95。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述第一层的厚度为1～20nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述第二层的厚度为5～25nm；所述第三层的厚度为15～35nm；所述第四层的厚度为25～55nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池减反射膜，其特征在于，所述太阳能电池减反射膜的厚度为60～100nm。
6.一种权利要求1所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在所述硅基衬底上形成所述第一层；
在所述第一层上形成所述第二层；
在所述第二层上形成所述第三层；
在所述第三层上形成所述第四层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，所述第一层、所述第二层、所述第三层、以及所述第四层的形成均采用等离子增强化学气相沉积而成。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，在形成所述第一层的步骤中，通入的气体为一氧化二氮或二氧化碳；气体流量为3000～12000sccm。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池减反射膜的制备方法，其特征在于，
在形成所述第二层的步骤中，氨气的流量为2500～7000sccm，硅烷的流量为800～2500sccm；
在形成所述第三层的步骤中，氨气的流量为6000～9000sccm，硅烷的流量为300～1100sccm；
在形成所述第四层的步骤中，氨气的流量为7000～11000sccm，硅烷的流量为250～800sccm。
10.一种太阳能电池片，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的太阳能电池减反射膜。
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