本發(fā)明涉及太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

減反射膜又稱增透膜，它是鍍?cè)诠鈱W(xué)零件光學(xué)表面上的一層折射率較低的薄膜。目前，大規(guī)模生產(chǎn)采用的是PEVCD法制備氮硅膜，但其反射率還不是很低。

減反射膜的作用就是利用光在減反射膜上下表面反射產(chǎn)生的光程差，使得兩束反射光干涉相消，從而削弱反射，增加入射，從而增加電池的短路電流提高光電轉(zhuǎn)換效率。目前常規(guī)太陽能電池減反射膜的制作工藝主要是通過等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積的方法，在硅片表面沉積一層一定厚度和折射率的氮化硅薄膜。在太陽能電池片面積固定的情況下，想要得到較高的轉(zhuǎn)換效率，太陽能電池減反射膜的制備質(zhì)量至關(guān)重要。為了更好的提高減反射膜與可見光波段內(nèi)太陽光的光學(xué)匹配度，同時(shí)考慮平衡鈍化和短波吸收之間的矛盾，多層膜結(jié)構(gòu)近年來逐漸成為研究熱點(diǎn)，并開始規(guī)?；瘧?yīng)用于晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)中。

減反射膜的制作直接影響著太陽能電池對(duì)入射光的反射率，對(duì)太陽能電池的效率的提高起著非常重要的作用。對(duì)于減反射膜還需有一定的鈍化效果，以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

常規(guī)的太陽能電池制備的傳統(tǒng)工藝是：制絨清洗、擴(kuò)散、刻蝕、去磷硅玻璃、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)。其中鍍減反射膜工藝是在電池表面鍍一層或多層光學(xué)性質(zhì)匹配的減反射膜。

然而，常規(guī)的方法制備出的減反射膜其反射率還達(dá)不到相應(yīng)要求，并且其氫鈍化效果不佳。

因而，有必要對(duì)減反射膜及其制備方法進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)及其制備方法，以增強(qiáng)減反射膜的鈍化效果，降低減反射膜對(duì)光的反射率，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

S1：預(yù)處理

將經(jīng)過前期處理的晶體硅襯底放入PECVD設(shè)備內(nèi)，對(duì)所述晶體硅襯底的表面進(jìn)行預(yù)處理使晶體硅襯底鈍化，其中，預(yù)處理的工藝條件為：反應(yīng)氣體為氮?dú)馀c氨氣，氮?dú)獾牧髁繛?slm，氨氣的流量為3sccm，工藝溫度為460℃，反應(yīng)時(shí)間為300s，爐腔壓力為1700mtrro；

S2：抽真空

保持工藝溫度為460℃，關(guān)閉氮?dú)忾y與氨氣閥，對(duì)PECVD爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為120s；

S3：沉積第一層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，關(guān)閉真空閥，開啟PECVD爐的硅烷閥和氨氣閥，在晶體硅襯底的PN結(jié)的擴(kuò)散面上沉積第一層氮化硅薄膜，其中硅烷的流量為1500sccm，氨氣的流量為4.5sccm，爐腔壓力為1300mtrro，反應(yīng)時(shí)間為85s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到一層折射率為2.25-2.30、厚度為11-14nm的氮化硅薄膜；

S4：沉積第二層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，將硅烷的流量調(diào)整為1028sccm，氨氣的流量調(diào)整為4.9sccm，爐腔壓力為1500mtrro，反應(yīng)時(shí)間為125s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到二層折射率為2.17-2.19、厚度為15-19nm的氮化硅薄膜；

S5：沉積第三層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，將硅烷的流量調(diào)整為780sccm，氨氣的流量調(diào)整為6.8sccm，爐腔壓力為1500mtrro，反應(yīng)時(shí)間為505s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到三層折射率為2.0-2.04、厚度為45-55nm的氮化硅薄膜。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S1之前還包括以下步驟：

S01:充氮

將經(jīng)過前期處理的晶體硅襯底放入PECVD設(shè)備內(nèi)，開啟PECVD爐的氮?dú)忾y和排氣閥，向PECVD爐內(nèi)通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁空{(diào)整為10slm，由氮?dú)鈱ECVD爐內(nèi)的空氣替換排除，使PECVD爐內(nèi)處于氮?dú)鈿夥?；關(guān)閉排氣閥，開啟電加熱，將PECVD爐內(nèi)壁溫度調(diào)至460℃，爐腔壓力為10000mtrro，保持時(shí)間為180s；

S02:進(jìn)舟

承載晶體硅襯底的石墨舟通過槳進(jìn)入PECVD設(shè)備的爐腔內(nèi)；該步驟的工藝條件為：PECVD爐內(nèi)壁溫度為460℃，氮?dú)獾牧髁繛?0slm，爐腔壓力為10000mtrro，舟速率為400mm/min，時(shí)間為120s；

S03:出槳

將槳由爐腔退出，該步驟的工藝條件為：PECVD爐內(nèi)壁溫度為460℃，氮?dú)獾牧髁繛?0slm，爐腔壓力為10000mtrro，舟速率為400mm/min，時(shí)間為120s；

S04:抽真空

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，關(guān)閉氮?dú)忾y，開啟PECVD爐的真空閥，將PECVD爐內(nèi)的氮?dú)獬槌?，使PECVD爐內(nèi)處于真空狀態(tài)，爐內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為240s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S5之后還包括以下步驟：

S6:抽真空

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，關(guān)閉硅烷閥和氨氣閥，開啟PECVD爐的真空閥，將PECVD爐內(nèi)的硅烷和氨氣抽出，使PECVD爐內(nèi)處于真空狀態(tài)，爐內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為120s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S6之后還包括以下步驟：

S7:吹掃爐腔

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，對(duì)PECVD的爐腔進(jìn)行氮?dú)獯祾?，其中氮?dú)獾牧髁繛?slm，爐腔壓力為1000mtrro，吹掃時(shí)間為120s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S7之后還包括以下步驟：

S8:吹掃氣體流量控制器和管道

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，對(duì)PECVD的氣體流量控制器和管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?，其中氮?dú)獾牧髁繛?slm，爐腔壓力為1000mtrro，吹掃時(shí)間為30s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S8之后還包括以下步驟：

S9:充氮

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，向PECVD爐內(nèi)通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁繛?0slm，爐腔壓力為10000mtrro，充氮時(shí)間為180s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S9之后還包括以下步驟：

S10:進(jìn)槳

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃、氮?dú)獾牧髁繛?0slm、爐腔壓力為10000mtrro的條件下，控制槳進(jìn)入爐內(nèi)，進(jìn)槳速率為400mm/min，時(shí)間為120s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S10之后還包括以下步驟：

S11:出舟

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃、氮?dú)獾牧髁繛?0slm、爐腔壓力為10000mtrro的條件下，將石墨舟退出爐腔，出舟速率為400mm/min，時(shí)間為120s。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，晶體硅襯底的前期處理包括表面制絨、擴(kuò)散制PN結(jié)、刻蝕去除襯底四周的PN結(jié)、去磷硅玻璃。

一種晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)，包括：

第一層氮化硅薄膜，沉積在一晶體硅襯底的PN結(jié)的擴(kuò)散面上；

第二層氮化硅薄膜，沉積在所述第一層氮化硅薄膜上；

第三層氮化硅薄膜，沉積在所述第二層氮化硅薄膜上；

其中，所述第一層氮化硅薄膜的厚度為11-14nm，折射率為2.25-2.30；

所述第二層氮化硅薄膜的厚度為15-19nm，折射率為2.17-2.19；

所述第三層氮化硅薄膜的厚度為45-55nm，折射率為2.0-2.04。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1)本發(fā)明提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)，通過在晶體硅襯底的PN結(jié)的擴(kuò)散面上依次沉積第一層氮化硅薄膜、第二層氮化硅薄膜、第三層氮化硅薄膜，并控制第一層氮化硅薄膜、第二層氮化硅薄膜、第三層氮化硅薄膜的厚度分別為11-14nm、15-19nm、45-55nm，折射率分別為2.25-2.30、2.17-2.19、2.0-2.04，從而增強(qiáng)了減反射膜結(jié)構(gòu)的鈍化效果，降低了減反射膜對(duì)光的反射率，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)比單層減反射膜體系增加光電轉(zhuǎn)換效率0.15％～0.2％。

2)本發(fā)明提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)的制備方法，通過合理地設(shè)置相應(yīng)步驟及對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)，能夠確保制備得到的第一層氮化硅薄膜、第二層氮化硅薄膜、第三層氮化硅薄膜的厚度分別為11-14nm、15-19nm、45-55nm，折射率分別為2.25-2.30、2.17-2.19、2.0-2.04，從而增強(qiáng)了減反射膜結(jié)構(gòu)的鈍化效果，降低了減反射膜對(duì)光的反射率，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

標(biāo)號(hào)說明：

101-晶體硅襯底，102-第一層氮化硅薄膜，103-第二層氮化硅薄膜，104-第三層氮化硅薄膜

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)，包括：

第一層氮化硅薄膜102，沉積在一晶體硅襯底101的PN結(jié)的擴(kuò)散面上；

第二層氮化硅薄膜103，沉積在所述第一層氮化硅薄膜102上；

第三層氮化硅薄膜104，沉積在所述第二層氮化硅薄膜上103；

其中，所述第一層氮化硅薄膜102的厚度為11-14nm，折射率為2.25-2.30；

所述第二層氮化硅薄膜103的厚度為15-19nm，折射率為2.17-2.19；

所述第三層氮化硅薄膜104的厚度為45-55nm，折射率為2.0-2.04。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述晶體硅襯底101的背面上制備有絨面。其正面依次擴(kuò)散制備PN結(jié)、刻蝕去除硅片四周的PN結(jié)、清洗去除磷硅玻璃后制備上述氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法主要包括以下步驟：

S1：預(yù)處理

將經(jīng)過前期處理的晶體硅襯底放入PECVD設(shè)備內(nèi)，對(duì)所述晶體硅襯底的表面進(jìn)行預(yù)處理使晶體硅襯底鈍化，其中，預(yù)處理的工藝條件為：反應(yīng)氣體為氮?dú)馀c氨氣，氮?dú)獾牧髁繛?slm，氨氣的流量為3sccm，工藝溫度為460℃，反應(yīng)時(shí)間為300s，爐腔壓力為1700mtrro；其中，晶體硅襯底的前期處理包括表面制絨、擴(kuò)散制PN結(jié)、刻蝕去除襯底四周的PN結(jié)、去磷硅玻璃；

S2：抽真空

保持工藝溫度為460℃，關(guān)閉氮?dú)忾y與氨氣閥，對(duì)PECVD爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為120s；

S3：沉積第一層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，關(guān)閉真空閥，開啟PECVD爐的硅烷閥和氨氣閥，在晶體硅襯底的PN結(jié)的擴(kuò)散面上沉積第一層氮化硅薄膜，其中硅烷的流量為1500sccm，氨氣的流量為4.5sccm，爐腔壓力為1300mtrro，反應(yīng)時(shí)間為85s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到一層折射率為2.25-2.30、厚度為11-14nm的氮化硅薄膜；

S4：沉積第二層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，將硅烷的流量調(diào)整為1028sccm，氨氣的流量調(diào)整為4.9sccm，爐腔壓力為1500mtrro，反應(yīng)時(shí)間為125s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到二層折射率為2.17-2.19、厚度為15-19nm的氮化硅薄膜；

S5：沉積第三層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，將硅烷的流量調(diào)整為780sccm，氨氣的流量調(diào)整為6.8sccm，爐腔壓力為1500mtrro，反應(yīng)時(shí)間為505s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到三層折射率為2.0-2.04、厚度為45-55nm的氮化硅薄膜。

當(dāng)然，上述步驟僅為制備本發(fā)明晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)主要步驟，作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明提供的制備晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)的方法完整包括以下步驟：

S01:充氮

將經(jīng)過前期處理的晶體硅襯底放入PECVD設(shè)備內(nèi)，開啟PECVD爐的氮?dú)忾y和排氣閥，向PECVD爐內(nèi)通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁空{(diào)整為10slm，由氮?dú)鈱ECVD爐內(nèi)的空氣替換排除，使PECVD爐內(nèi)處于氮?dú)鈿夥?；關(guān)閉排氣閥，開啟電加熱，將PECVD爐內(nèi)壁溫度調(diào)至460℃，爐腔壓力為10000mtrro，保持時(shí)間為180s；

S02:進(jìn)舟

承載晶體硅襯底的石墨舟通過槳進(jìn)入PECVD設(shè)備的爐腔內(nèi)；該步驟的工藝條件為：PECVD爐內(nèi)壁溫度為460℃，氮?dú)獾牧髁繛?0slm，爐腔壓力為10000mtrro，舟速率為400mm/min，時(shí)間為120s；

S03:出槳

將槳由爐腔退出，該步驟的工藝條件為：PECVD爐內(nèi)壁溫度為460℃，氮?dú)獾牧髁繛?0slm，爐腔壓力為10000mtrro，舟速率為400mm/min，時(shí)間為120s；

S04:抽真空

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，關(guān)閉氮?dú)忾y，開啟PECVD爐的真空閥，將PECVD爐內(nèi)的氮?dú)獬槌?，使PECVD爐內(nèi)處于真空狀態(tài)，爐內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為240s。

S1：預(yù)處理

將經(jīng)過前期處理的晶體硅襯底放入PECVD設(shè)備內(nèi)，對(duì)所述晶體硅襯底的表面進(jìn)行預(yù)處理使晶體硅襯底鈍化，其中，預(yù)處理的工藝條件為：反應(yīng)氣體為氮?dú)馀c氨氣，氮?dú)獾牧髁繛?slm，氨氣的流量為3sccm，工藝溫度為460℃，反應(yīng)時(shí)間為300s，爐腔壓力為1700mtrro；

S2：抽真空

保持工藝溫度為460℃，關(guān)閉氮?dú)忾y與氨氣閥，對(duì)PECVD爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為120s；

S3：沉積第一層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，關(guān)閉真空閥，開啟PECVD爐的硅烷閥和氨氣閥，在晶體硅襯底的PN結(jié)的擴(kuò)散面上沉積第一層氮化硅薄膜，其中硅烷的流量為1500sccm，氨氣的流量為4.5sccm，爐腔壓力為1300mtrro，反應(yīng)時(shí)間為85s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到一層折射率為2.25-2.30、厚度為11-14nm的氮化硅薄膜；

S4：沉積第二層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，將硅烷的流量調(diào)整為1028sccm，氨氣的流量調(diào)整為4.9sccm，爐腔壓力為1500mtrro，反應(yīng)時(shí)間為125s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到二層折射率為2.17-2.19、厚度為15-19nm的氮化硅薄膜；

S5：沉積第三層氮化硅薄膜

保持工藝溫度為460℃，將硅烷的流量調(diào)整為780sccm，氨氣的流量調(diào)整為6.8sccm，爐腔壓力為1500mtrro，反應(yīng)時(shí)間為505s，高頻電源功率為6580W，反應(yīng)后得到三層折射率為2.0-2.04、厚度為45-55nm的氮化硅薄膜。

S6:抽真空

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，關(guān)閉硅烷閥和氨氣閥，開啟PECVD爐的真空閥，將PECVD爐內(nèi)的硅烷和氨氣抽出，使PECVD爐內(nèi)處于真空狀態(tài)，爐內(nèi)真空度為80mtrro，保持時(shí)間為120s。

S7:吹掃爐腔

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，對(duì)PECVD的爐腔進(jìn)行氮?dú)獯祾?，其中氮?dú)獾牧髁繛?slm，爐腔壓力為1000mtrro，吹掃時(shí)間為120s。

S8:吹掃氣體流量控制器和管道

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，對(duì)PECVD的氣體流量控制器和管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?，其中氮?dú)獾牧髁繛?slm，爐腔壓力為1000mtrro，吹掃時(shí)間為30s。

S9:充氮

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃的條件下，向PECVD爐內(nèi)通入氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁繛?0slm，爐腔壓力為10000mtrro，充氮時(shí)間為180s。

S10:進(jìn)槳

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃、氮?dú)獾牧髁繛?0slm、爐腔壓力為10000mtrro的條件下，控制槳進(jìn)入爐內(nèi)，進(jìn)槳速率為400mm/min，時(shí)間為120s。

S11:出舟

在PECVD爐內(nèi)壁溫度460℃、氮?dú)獾牧髁繛?0slm、爐腔壓力為10000mtrro的條件下，將石墨舟退出爐腔，出舟速率為400mm/min，時(shí)間為120s。

本發(fā)明的申請(qǐng)人通過對(duì)氮化硅減反射膜的特性進(jìn)行深入研究，并研究了氮化硅減反射膜與太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系，通過大量的實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，確定了最佳的氮化硅減反射膜的結(jié)構(gòu)、厚度及折射率，通過在晶體硅襯底的PN結(jié)的擴(kuò)散面上依次沉積第一層氮化硅薄膜、第二層氮化硅薄膜、第三層氮化硅薄膜，并控制第一層氮化硅薄膜、第二層氮化硅薄膜、第三層氮化硅薄膜的厚度分別為11-14nm、15-19nm、45-55nm，折射率分別為2.25-2.30、2.17-2.19、2.0-2.04，從而增強(qiáng)了減反射膜結(jié)構(gòu)的鈍化效果，降低了減反射膜對(duì)光的反射率，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明提供的晶體硅太陽能電池氮化硅減反射膜結(jié)構(gòu)比單層減反射膜體系增加光電轉(zhuǎn)換效率0.15％～0.2％。并且在制備工藝過程中，通過分析各個(gè)工藝步驟及工藝參數(shù)對(duì)所制得的氮化硅薄膜的性能帶來的影響，對(duì)大量的工藝步驟及工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了最優(yōu)的制備工藝，使得采用本方法制備得到的第一層氮化硅薄膜、第二層氮化硅薄膜、第三層氮化硅薄膜的厚度分別為11-14nm、15-19nm、45-55nm，折射率分別為2.25-2.30、2.17-2.19、2.0-2.04，從而增強(qiáng)了減反射膜結(jié)構(gòu)的鈍化效果，降低了減反射膜對(duì)光的反射率，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。