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CN107068774A - 太阳能电池减反钝化膜及其制备方法及太阳能电池片 - Google Patents

太阳能电池减反钝化膜及其制备方法及太阳能电池片 Download PDF

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CN107068774A CN201710200935.8A CN201710200935A CN107068774A CN 107068774 A CN107068774 A CN 107068774A CN 201710200935 A CN201710200935 A CN 201710200935A CN 107068774 A CN107068774 A CN 107068774A
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陈晓玉
赵有文
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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池减反钝化膜，包括：第一层，形成于硅片衬底上，所述第一层为SiOx层；第二层，形成于所述第一层上，所述第二层为SiNx层；第三层，形成于所述第二层上，所述第三层为SiONx层；第四层，形成于所述第三层上，所述第四层为SiOx层。本发明还提供了一种太阳能电池减反钝化膜的制备方法及一种太阳能电池片。本发明同时提高了钝化效果和减反效果，大大提高了短波区的光谱吸收效果，提高了太阳能电池在整个波段的转换效率。

Description

太阳能电池减反钝化膜及其制备方法及太阳能电池片
技术领域
本发明涉及高效太阳能电池制造领域，具体涉及一种太阳能电池减反钝化膜及其制备方法及太阳能电池片。
背景技术
单晶硅电池已广泛应用于光伏发电行业并形成相当大的产业规模，为降低单晶硅光伏发电成本、实现平价上网，需要不断优化生产工艺技术从而提高电池的转换效率。
为了提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率，晶体硅太阳能电池生产企业多采用PECVD法沉积减反膜，并已在单层氮化硅膜的基础上进一步优化为多层减反射膜技术，使这项技术不断成熟。多层减反射膜技术虽然有着很好的减反能力和钝化效果。目前行业内对SiOx-SiNx多层膜技术的研发热度不断升高，部分企业也开始尝试将这种减反技术运用于大规模量产。
目前，工业化生产中常用等离子体增强化学气相沉积在硅片表面沉积双层SiNx薄膜,但是SiNx/Si界面晶格失配严重,其性质远不如SiO2/Si。并且上述减反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。
在SiO2/SiNx多层减反射膜结构中，SiO2/Si界面层产生表面固定电荷和非常低的界面态密度，再结合SiNx的表面钝化作用，经H原子的氢化后表面态密度可进一步降低，从而得到更好的钝化效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池减反钝化膜及其制备方法及太阳能电池片。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池减反钝化膜，包括：第一层，形成于硅片衬底上，所述第一层为SiOx层；第二层，形成于所述第一层上，所述第二层为SiNx层；第三层，形成于所述第二层上，所述第三层为SiONx层；第四层，形成于所述第三层上，所述第四层为SiOx层。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种太阳能电池减反钝化膜的制备方法，包括以下步骤：S1：在硅片衬底的正面形成第一层；S2：在所述第一层上形成第二层；S3：在所述第二层上形成第三层；S4：在所述第三层上形成第四层。
根据本发明的又一个方面，还提供了一种太阳能电池片，包括本发明所提供的太阳能电池减反钝化膜。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本发明的太阳能电池减反钝化膜使太阳能电池片表面钝化效果提高，且少子寿命得以提高；
(2)本发明的太阳能电池减反钝化膜降低了太阳能电池片迎光面的反射率，大大提高了短波区的光谱吸收效果；
(3)本发明的太阳能电池减反钝化膜能有效提高太阳能电池在整个波段的转换效率，并且电池效率高达19.98％左右。
附图说明
图1为本发明实施例太阳能电池减反钝化膜的结构示意图。
【主要元件】
1-第一层；
2-第二层；
3-第三层；
4-第四层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在SiO2/SiNx多层减反射膜结构中，SiO2/Si界面层产生表面固定电荷和非常低的界面态密度，再结合SiNx的表面钝化作用，经H原子的氢化后表面态密度可进一步降低，从而得到更好的钝化效果。为同时达到比较理想的钝化和减反效果，本发明采用一种高效的单晶太阳能电池四层减反钝化膜的制备方法，得以优化的SiO2/SiNx四层膜能起到钝化和减反射的双重作用，明显改善太阳能电池对光的吸收利用和光生载流子的输出，大大提高了短波区的光谱吸收效果，提高了太阳能电池在整个波段的转换效率。
本发明提供了一种太阳能电池减反钝化膜，包括：形成于硅片衬底正面上的第一层、形成于第一层上的第二层、形成于第二层上的第三层、以及形成于第三层上的第四层。也就是说，太阳能电池减反钝化膜包括依次形成于硅片衬底上的第一层、第二层、第三层以及第四层。硅片衬底可以为单晶硅片衬底或多晶硅片衬底，优选为单晶硅片衬底。其中，硅片衬底一般通过将硅片经制绒、扩散、刻蚀等工艺制成。
在本发明的示例性实施例中，提供了一种单晶太阳能电池减反钝化膜，图1为本发明实施例太阳能电池减反钝化膜的结构示意图。如图1所示，本发明太阳能电池减反钝化膜包括：形成于单晶硅片衬底正面上的第一层1、形成于第一层1上的第二层2、形成于第二层2上的第三层3、以及形成于第三层3上的第四层4。在本实施例中，第一层1为SiOx层，第二层2为SiNx层，第三层3为SiONx层，第四层4为SiOx层，也就是说，第一层1的材质是SiOx，第二层2的材质为SiNx，第三层3的材质是SiONx，第四层4的材质是SiOx。
作为优选，
第一层1的折射率为1.6～2.3，第一层1的膜厚为2～10nm；
第二层2的折射率为1.9～2.3，第二层2的膜厚为45～55nm；
第三层3的折射率为1.9～2.1，第三层3的膜厚为5～20nm；
第四层4的折射率为1.4～1.6，第四层4的膜厚为15～35nm。
在本实施例中，单晶太阳能电池减反钝化膜的制备方法包括以下步骤：
在单晶硅片衬底的正面形成第一层1；
在第一层1上形成第二层2；
在第二层2上形成第三层3；
在第三层3上形成第四层4。
下面详细介绍单晶太阳能电池减反钝化膜的制备过程：
选择电阻率为1～3Ω·m，面积为156*156cm2，厚度约为200μm的单晶原硅片，对硅片表面去损伤，制绒和清洗；
管式扩散制PN结；
等离子刻蚀边缘并去除磷硅玻璃；
用等离子体增强化学气相沉积法PECVD沉积减反膜，优选地，采用管式PECVD，可以理解的是，亦可以采用其他沉积方式形成单晶太阳能电池减反钝化膜的各层。镀膜工艺过程为：
管式PECVD系统使用电阻炉作为加热体，将一个可以放置多片硅片的石墨舟放入石英管(沉积腔)中进行沉积。整个炉管从炉口到炉尾共分为5个温区，每个温区有独立的电阻管进行加热，各个温区的温度加热至预设温度。将腔体抽真空，按照单晶硅片衬底沉积减反膜的顺序依次通入一定流量的反应气体，并且调整腔体压力，射频电源功率到预定值，控制沉积时间，得到钝化效果和减反效果都好的四层减反膜。在整个沉积过程中，炉管温度均为400～500℃。
具体地，
在形成第一层1的步骤中，射频功率为1300～2000W，管内压强为190～230Pa，沉积时间为60～65s，通入反应气体N2O/SiH4流量比为4.3～4.7。
在形成第二层2的步骤中，射频功率为2200～4000W，管内压强为200～260Pa，沉积时间360～400s，通入反应气体NH3/SiH4流量比为10～11。
在形成第三层3的步骤中，射频功率为1700～2700W，管内压强为180～230Pa，沉积时间为160～200s，通入反应气体NH3：N2O：SiH4流量比为(5～5.3):(5～5.3):1。
在形成第四层4的步骤中，射频功率为1300～2000W，管内压强为170～220Pa，沉积时间为150～240s，通入反应气体N2O/SiH4流量比为8.5～13。
在形成各层的步骤中，通入气体的流量比不同，得到的各层的材质中的x的数值也就不同。
得到单晶太阳能电池减反钝化膜后，丝网印刷电极和背场，并进行烧结，得到单晶太阳能电池片。
对单晶太阳能电池片的电性能进行I-V测试，形成单晶太阳能电池片的性能参数，见表1。
表1：单晶太阳能电池片的性能参数表
样品 Pmpp Uoc(V) Isc(A) FF(％) NCell(％) Irev2(A)
1 4.889 0.6437 9.441 80.44 20.01 0.34
2 4.883 0.6434 9.475 80.07 19.99 0.26
3 4.869 0.6408 9.473 80.20 19.93 0.10
4 4.853 0.6421 9.444 80.02 19.86 0.61
从表1可知，本发明所得到的太阳能电池片的电学性能参数较传统的镀膜工艺得到的太阳能电池性能提高了很多。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明单晶太阳能电池减反钝化膜及其制备方法及太阳能电池片有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。
应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池减反钝化膜，其特征在于，包括：
第一层，形成于硅片衬底上，所述第一层为SiOx层；
第二层，形成于所述第一层上，所述第二层为SiNx层；
第三层，形成于所述第二层上，所述第三层为SiONx层；
第四层，形成于所述第三层上，所述第四层为SiOx层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池减反钝化膜，其特征在于，所述第一层的折射率为1.6～2.3，所述第二层的折射率为1.9～2.3，所述第三层的折射率为1.9～2.1，所述第四层的折射率为1.4～1.6。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池减反钝化膜，其特征在于，所述第一层的膜厚为2～10nm，所述第二层的膜厚为45～55nm，所述第三层的膜厚为5～20nm，所述第四层的膜厚为15～35nm。
4.一种权利要求1-3任一项所述的太阳能电池减反钝化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在硅片衬底的正面形成第一层；
S2：在所述第一层上形成第二层；
S3：在所述第二层上形成第三层；
S4：在所述第三层上形成第四层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，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体增强化学气相沉积法PECVD沉积而成。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，射频功率为1300～2000W，管内压强为190～230Pa，沉积时间为60～65s，通入反应气体N2O/SiH4流量比为4.3～4.7。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，射频功率为2200～4000W，管内压强为200～260Pa，沉积时间360～400s，通入反应气体NH3/SiH4流量比为10～11。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，射频功率为1700～2700W，管内压强为180～230Pa，沉积时间为160～200s，通入反应气体NH3：N2O：SiH4流量比为(5～5.3):(5～5.3):1。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，射频功率为1300～2000W，管内压强为170～220Pa，沉积时间为150～240s，通入反应气体N2O/SiH4流量比为8.5～13。
10.一种太阳能电池片，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的太阳能电池减反钝化膜。
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