專(zhuān)利名稱(chēng)：一種太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽(yáng)電池中，減反射膜是不可缺少的結(jié)構(gòu)。入射光在裸硅片表面的反射率達(dá)到30%以上，會(huì)大大降低太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。采用減反射膜后，入射光在未經(jīng)織構(gòu)的硅片表面的平均反射率可下降到10%左右。適于作晶體硅太陽(yáng)電池光學(xué)減反射膜的材料有Si02、Ti0x、SiN:H等薄膜材料。SiO2薄膜的折射率(1.46)太低，光學(xué)減反射效果不好； TiOx的折射率雖然接近晶體硅太陽(yáng)電池最佳光學(xué)減反射膜的理論值，但TiOx沒(méi)有表面鈍化功能；SiN:H薄膜的折射率可以在1. 9 2. 8之間調(diào)整，透明波段中心與太陽(yáng)光的可見(jiàn)光譜波段符合(550nm)且兼具表面鈍化和體鈍化等特點(diǎn)，是一種用作晶體硅太陽(yáng)電池減反射及鈍化膜的理想材料。同時(shí)，也出現(xiàn)了雙層減反射膜，例如采用Si02/SiN:H、MgF2/ZnS或者 SiO2AiO2等雙層減反射膜結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步降低太陽(yáng)電池的反射率。目前，制備SiN:H薄膜主要采用PECVD生長(zhǎng)減反射薄膜。PECVD法鍍膜對(duì)溫度、真空度均有較高要求，由于是幾種不同氣體參加反應(yīng)，氣路復(fù)雜，并且因?yàn)榉磻?yīng)氣體常為有毒或易燃易爆氣體(如SiH4),存在安全隱患。SiO2薄膜通常采用熱氧化法制備，該方法氧化速度較慢，并且要求襯底是硅，若制備Si02/SiN:H雙層薄膜時(shí)，在SiN:H薄膜表面很難再用熱氧化法生成S^2薄膜。同時(shí)，在表面采用減反射膜后，銀、鋁漿料無(wú)法穿過(guò)減反射膜與硅形成接觸收集電流。為了在太陽(yáng)電池表面實(shí)現(xiàn)金屬和硅片的接觸，收集電流，傳統(tǒng)工藝中多采用印刷穿透性漿料，經(jīng)燒結(jié)后實(shí)現(xiàn)電極與硅片的接觸。但是，某些減反射膜不易被普通漿料穿透，例如Si02。針對(duì)這一問(wèn)題，目前所采用的方法是研發(fā)新型的穿透型銀漿，或是采用掩膜或激光微加工等技術(shù)在薄膜表面再進(jìn)行開(kāi)口，留出印刷柵線(xiàn)的位置，以保證銀漿與硅襯底之間存在良好的歐姆接觸。但目前這兩種方法均沒(méi)有得到規(guī)?；瘧?yīng)用，存在著技術(shù)難度大，原輔料、設(shè)備成本偏高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能電池減反射膜的新制備方法。本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法，它包括如下步驟(1)取待制備減反射膜的硅片，置于鍍膜的腔室中，并在腔室內(nèi)充入惰性氣體和反應(yīng)氣體，并將腔室內(nèi)預(yù)熱至200-220°C ；(2)在硅片的正上方設(shè)置一塊硅靶材，將激光光束整形后輻照到硅靶材的下表面， 并按照所需減反射膜的形狀控制光斑移動(dòng)，在硅靶材上產(chǎn)生硅等離子體，硅等離子體向下噴射的過(guò)程中與腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體反應(yīng)，并在硅片上沉積得到減反射膜。其中，步驟(1)中，腔室的真空度為0.2-0. 3mbar，反應(yīng)氣體為氨氣、氧氣中的一種，惰性氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氮?dú)庵械囊环N或兩種以上的混合氣體。進(jìn)一步地，所述反應(yīng)氣體為氨氣，腔室內(nèi)的氨氣氣壓為0. 05-0. 5mbar ；所述惰性氣體為氬氣，氬氣流量為l-2Slcm。進(jìn)一步地，所述反應(yīng)氣體為氧氣，腔室內(nèi)的氧氣氣壓為0. 05-0. 5mbar ；所述惰性氣體為氬氣，氬氣流量為l-2Slcm。更進(jìn)一步地，氬氣流量為1. 3Slcm。其中，步驟( 中，硅靶材距硅片3. 5-4. 5cm ；所述激光為皮秒激光，激光脈沖能量為1微焦至5毫焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns ；腔室內(nèi)設(shè)置溫度為340_360°C。進(jìn)一步地，步驟O)中，硅靶材距硅片km ；所述激光為脈寬小于15ps的激光；腔室內(nèi)溫度設(shè)置在350°C。更進(jìn)一步地，所述激光的頻率范圍在IkHz到1MHz。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍍膜范圍的精確控制，留出柵線(xiàn)部分以供后續(xù)工序更好的實(shí)現(xiàn)印刷燒結(jié)，較好地實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，同時(shí)，本發(fā)明方法還降低了生產(chǎn)過(guò)程中的毒性，減少能耗及污染，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。


圖1鍍膜腔室示意圖；其中，1-硅片，2-硅靶材，3-皮秒激光發(fā)射器，4-振鏡，5-光束整形鏡，6_透鏡， 7-反應(yīng)氣體分子，8-等離子體，9-減反射膜分子。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法取待制備減反射膜的硅片，硅片正面向上放入載板，進(jìn)入腔室并預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在200-220°C ；腔室中抽真空至0. 2-0. 3mbar,同時(shí)通入惰性氣體氬氣和反應(yīng)氣體氨氣 NH3,并保持氨氣氣壓為0. 05-0. 2mbar,氬氣流量為1. 3Slcm ；將硅靶材置于硅片上方，兩者相距km，再將經(jīng)過(guò)整形后的皮秒激光光斑打在硅靶材上，生成硅等離子體，其中，皮秒激光的脈寬為15ps，激光脈沖能量為1微焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns，激光的頻率范圍在1kHz， 同時(shí)腔室內(nèi)溫度設(shè)置在350°C;形成的硅等離子體自動(dòng)向下噴射與反應(yīng)氣體氨氣NH3進(jìn)行反應(yīng)，生成氮化硅SiN:H并沉積到硅片上；在反應(yīng)過(guò)程中，需要根據(jù)待制備的減反射膜的形狀來(lái)控制光斑的移動(dòng)，以便控制硅等離子體噴射的范圍，從而使得氮化硅SiN:H沉積在硅片相應(yīng)處，以便直接預(yù)留出后期所需印刷電極的位置。本發(fā)明中所述的脈沖時(shí)間是指脈沖持續(xù)時(shí)間。實(shí)施例2本發(fā)明太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法取待制備減反射膜的硅片，硅片正面向上放入載板，進(jìn)入腔室并預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在200-220°C左右；腔室中抽真空至0. 2-0. 3mbar,同時(shí)通入惰性氣體氬氣和反應(yīng)氣體氨氣NH3,并保持氨氣氣壓為0. 3-0. 5mbar,氬氣流量為1. 3Slcm ；將硅靶材置于硅片上方，兩者相距3. 5cm，再將經(jīng)過(guò)整形后的皮秒激光光斑打在硅靶材上，生成硅等離子體，其中，皮秒激光的脈寬為10ps，激光脈沖能量為5毫焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns，激光的頻率范圍在 IMHz,同時(shí)腔室內(nèi)溫度設(shè)置在340°C ；形成的硅等離子體自動(dòng)向下噴射與反應(yīng)氣體氨氣NH3 進(jìn)行反應(yīng)，生成氮化硅SiN:H并沉積到硅片上；在反應(yīng)過(guò)程中，需要根據(jù)待制備的減反射膜的形狀來(lái)控制光斑的移動(dòng)，以便控制硅等離子體噴射的范圍，從而使得氮化硅SiN:H沉積在硅片相應(yīng)處，以便直接預(yù)留出后期所需印刷電極的位置。實(shí)施例3本發(fā)明太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法取待制備減反射膜的硅片，硅片正面向上放入載板，進(jìn)入腔室并預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在200-220°C ；腔室中抽真空至0. 2-0. 3mbar,同時(shí)通入惰性氣體氬氣和反應(yīng)氣體氧氣， 并保持氧氣氣壓為0. 05-0. 15mbar，氬氣流量為1. 3Slcm ；將硅靶材置于硅片上方，兩者相距如m，再將經(jīng)過(guò)整形后的皮秒激光光斑打在硅靶材上，生成硅等離子體，其中，皮秒激光的脈寬為15ps，激光脈沖能量為5毫焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns，激光的頻率范圍在1MHz，同時(shí)腔室內(nèi)溫度設(shè)置在350°C;形成的硅等離子體自動(dòng)向下噴射與反應(yīng)氣體氧氣進(jìn)行反應(yīng)，生成S^2并沉積到硅片上；在反應(yīng)過(guò)程中，需要根據(jù)待制備的減反射膜的形狀來(lái)控制光斑的移動(dòng)，以便控制硅等離子體噴射的范圍，從而使得SiO2沉積在硅片相應(yīng)處，以便直接預(yù)留出后期所需印刷電極的位置。實(shí)施例4本發(fā)明太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法取待制備減反射膜的硅片，硅片正面向上放入載板，進(jìn)入腔室并預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在200-220°C ；腔室中抽真空至0. 2-0. 3mbar,同時(shí)通入惰性氣體氬氣和反應(yīng)氣體氧氣， 并保持氧氣氣壓為0. 35-0. 5mbar，氬氣流量為1. 3Slcm ；將硅靶材置于硅片上方，兩者相距 4. 5cm，再將經(jīng)過(guò)整形后的皮秒激光光斑打在硅靶材上，生成硅等離子體，其中，皮秒激光的脈寬為lps，激光脈沖能量為1微焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns，激光的頻率范圍在ΙΚΗζ，同時(shí)腔室內(nèi)溫度設(shè)置在360°C;形成的硅等離子體自動(dòng)向下噴射與反應(yīng)氣體氧氣進(jìn)行反應(yīng)，生成 SiO2并沉積到硅片上；在反應(yīng)過(guò)程中，需要根據(jù)待制備的減反射膜的形狀來(lái)控制光斑的移動(dòng)，以便控制硅等離子體噴射的范圍，從而使得SiO2沉積在硅片相應(yīng)處，以便直接預(yù)留出后期所需印刷電極的位置。實(shí)施例5太陽(yáng)能電池雙層減反射膜的制備方法(1)取待制備減反射膜的硅片，硅片正面向上放入載板，進(jìn)入腔室并預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在200-220°C ；腔室中抽真空至0. 2-0. 3mbar,同時(shí)通入惰性氣體氬氣和反應(yīng)氣體氨氣NH3，并保持氨氣氣壓為0. 25mbar，氬氣流量為1. 3Slcm ；將硅靶材置于硅片上方，兩者相距如m，再將經(jīng)過(guò)整形后的皮秒激光光斑打在硅靶材上，生成硅等離子體，其中，皮秒激光的脈寬為15ps，激光脈沖能量為1微焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns，激光的頻率范圍在1kHz，同時(shí)腔室內(nèi)溫度設(shè)置在350°C ；形成的硅等離子體自動(dòng)向下噴射與反應(yīng)氣體氨氣NH3進(jìn)行反應(yīng)， 生成氮化硅SiN:H并沉積到硅片上；(2)再將沉積了氮化硅的硅片正面向上放入載板，腔室中抽真空至0. 2-0. 3mbar, 同時(shí)通入惰性氣體氬氣和反應(yīng)氣體氧氣，并保持氧氣氣壓為0. 3mbar，氬氣流量為 1. 3Slcm ；將硅靶材置于硅片上方，兩者相距km，再將經(jīng)過(guò)整形后的皮秒激光光斑打在硅靶材上，生成硅等離子體，其中，皮秒激光的脈寬為15ps，激光脈沖能量為5毫焦，脈沖時(shí)間在lOps-lOns，激光的頻率范圍在1MHz，同時(shí)腔室內(nèi)溫度設(shè)置在350°C ；形成的硅等離子體自動(dòng)向下噴射與反應(yīng)氣體氧氣進(jìn)行反應(yīng)，生成SiO2并沉積到硅片上。當(dāng)激光輻照到硅材料表面，首先是硅材料對(duì)激光的強(qiáng)烈吸收，引起輻射區(qū)域的溫度劇烈升高，產(chǎn)生局部的熔化和氣化；高溫氣體在高強(qiáng)度激光輻照下，很容易發(fā)生電離形成激光等離子體；但是，等離子體一旦產(chǎn)生會(huì)對(duì)激光的吸收和對(duì)材料的損傷產(chǎn)生極大的影響 (范衛(wèi)星，等，《光譜學(xué)與廣譜分析》，2011年，12期31卷，3185-3189頁(yè))。
而本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)激光脈寬的調(diào)節(jié)會(huì)影響激光對(duì)靶材的熱損傷幅度和鍍膜成膜質(zhì)量，隨著脈寬的減少，熱損傷程度也逐漸減少，當(dāng)小于15皮秒以下時(shí)熱損傷效應(yīng)非常小可以忽略不計(jì)，因此，為了避免硅片損傷，本發(fā)明中采用脈寬小于15皮秒的激光脈沖代替?zhèn)鹘y(tǒng)激光光源激發(fā)等離子體。對(duì)激光功率的調(diào)節(jié)也是要求在產(chǎn)生等離子體的閾值附近，確保足夠的能量既可以產(chǎn)生等離子體又不至于能量太高損傷靶材和鍍膜襯底，因此，激光脈沖能量?jī)?yōu)選在1微焦到5毫焦。而激光頻率則需要適應(yīng)鍍膜的產(chǎn)能速度要求，頻率范圍一般在IkHz到IMHz。同時(shí)，鍍膜腔室內(nèi)一般氨氣氣壓在0.05-0. 5mbar，腔室溫度350°C左右，便于減反射膜更好地沉積；靶材與基底的距離4cm左右，具體要根據(jù)不同的光路系統(tǒng)做相應(yīng)微調(diào)；整個(gè)腔室的真空度0. 2-0. 3mbar，氬氣流量1. 3Slcm。本發(fā)明中，對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)熱，增加襯底吸附性。硅靶材可通過(guò)高精度伺服電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)，調(diào)整硅靶材的位置以獲得最佳鍍膜位置。惰性氣體主要起保護(hù)作用并促進(jìn)鍍膜反應(yīng)， 其他惰性氣體如氦、氖、氮?dú)獾染纱鏆鍤?。制備過(guò)程中，采用膜厚測(cè)量傳感器實(shí)時(shí)精確測(cè)量膜厚，若達(dá)到所需的減反射膜厚度，則停止鍍膜，減反射膜即制備完成。相比較常規(guī)的太陽(yáng)電池減反射膜生產(chǎn)工藝，本發(fā)明利用皮秒激光與靶材相互作用生成等離子體，作用時(shí)間非常短，可以大大降低對(duì)靶材的熱損傷程度，并提高沉積薄膜的速度；本發(fā)明比常規(guī)PECVD鍍膜工藝所需氣體種類(lèi)少，重要的是，本發(fā)明方法不再需要硅烷 SiH4參與反應(yīng)，不僅降低了毒性，還減少了能耗與污染。相比于傳統(tǒng)的脈沖激光沉積技術(shù)，本發(fā)明不僅可以均勻鍍膜，還可以通過(guò)采用光束整形或控制光束運(yùn)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性鍍膜，有效解決了減反射膜太陽(yáng)電池的印刷問(wèn)題，即在不增加掩?；蚱渌罄m(xù)對(duì)薄膜表面處理工序的條件下，在鍍膜時(shí)預(yù)留未鍍膜區(qū)域，使用常規(guī)非穿透型銀漿印刷正面柵線(xiàn)，即可實(shí)現(xiàn)柵線(xiàn)與硅襯底之間良好的歐姆接觸。綜上所述，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍍膜范圍的精確控制，留出柵線(xiàn)部分以供后續(xù)工序更好的實(shí)現(xiàn)印刷燒結(jié)，較好地實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，同時(shí)，本發(fā)明方法還降低了生產(chǎn)過(guò)程中的毒性，減少能耗及污染，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法，其特征在于它包括如下步驟(1)取待制備減反射膜的硅片，置于鍍膜的腔室中，并在腔室內(nèi)充入惰性氣體和反應(yīng)氣體，并將腔室內(nèi)預(yù)熱至200-220°C ；(2)在硅片的正上方設(shè)置一塊硅靶材，將激光光束整形后輻照到硅靶材的下表面，并按照所需減反射膜的形狀控制光斑移動(dòng)，在硅靶材上產(chǎn)生硅等離子體，硅等離子體向下噴射的過(guò)程中與腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體反應(yīng)，并在硅片上沉積得到減反射膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中，腔室的真空度為 0. 2-0. 3mbar，反應(yīng)氣體為氨氣、氧氣中的一種，惰性氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氮?dú)庵械囊环N或兩種以上的混合氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)氣體為氨氣，腔室內(nèi)的氨氣氣壓為0. 05-0. 5mbar ；所述惰性氣體為氬氣，氬氣流量為l-2Slcm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)氣體為氧氣，腔室內(nèi)的氧氣氣壓為0. 05-0. 5mbar ；所述惰性氣體為氬氣，氬氣流量為l-2Slcm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于氬氣流量為1.3Slcm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中，硅靶材距硅片3. 5-4. 5cm;所述激光為皮秒激光，激光脈沖能量為1微焦至5毫焦，脈沖時(shí)間在 IOps-IOns ；腔室內(nèi)設(shè)置溫度為340-360°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟( 中，硅靶材距硅片km；所述激光為脈寬小于15ps的激光；腔室內(nèi)溫度設(shè)置在350°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述激光的頻率范圍在IkHz到 IMHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能電池減反射膜的制備方法，它包括如下步驟(1)取待制備減反射膜的硅片，置于真空鍍膜腔室中，并在腔室內(nèi)充入惰性氣體和反應(yīng)氣體，并將腔室內(nèi)預(yù)熱至200-220℃；(2)在硅片的正上方設(shè)置一塊硅靶材，將激光光束整形后輻照到硅靶材的下表面，并按照所需減反射膜的形狀控制光斑移動(dòng)，在硅靶材上產(chǎn)生硅等離子體，硅等離子體向下噴射的過(guò)程中與腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體反應(yīng)，并在硅片上沉積得到減反射膜。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍍膜范圍的精確控制，留出柵線(xiàn)部分以供后續(xù)工序更好的實(shí)現(xiàn)印刷燒結(jié)，較好地實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，同時(shí)，本發(fā)明方法還降低了生產(chǎn)過(guò)程中的毒性，減少能耗及污染，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102496658SQ20111044545
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者吳昕, 崔江, 張鳳鳴, 盛雯婷, 趙偉 申請(qǐng)人:保定天威集團(tuán)有限公司, 天威新能源控股有限公司