[发明专利]一种在晶体硅太阳电池前表面制备钝化减反射膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别涉及晶体硅太阳电池前表面具有减反射和钝化功能的薄膜的制备方法。

背景技术

提升转换效率以及降低制作成本一直是太阳电池产业的发展方向，对于晶体硅太阳电池而言，降低硅片表面复合速率可以有效地提升硅片电学性能；同时可以在电池表面制作陷光结构，减少入射光的反射。

由于晶体硅的表面并不是理想的晶格周期性结构，存在许多表面悬挂键，会增加硅片的表面复合速率，降低电池的短路电流密度。因此，需要在电池表面沉积一层钝化膜，以饱和表面悬挂键，降低表面态密度。

若采用含氢原子的氮化硅薄膜为钝化层，一方面其中的氢原子可以饱和表面悬挂键；另一方面由于氮化硅薄膜具有较高的固定正电荷密度，可以通过场效应钝化来降低表面的少数载流子浓度。对于多晶硅电池，在随后的高温烧结过程中，薄膜中的氢原子还可以扩散到硅片体内，填充晶格间的缺陷中心，实现体钝化效果。

电池表面的减反射膜可以提升电池对入射光的利用。氮化硅薄膜由于折射率介乎于硅和空气之间，可以作为减反射膜沉积在硅片前表面。同时经过厚度的优化，减反射层可以使太阳光中可见光波段在硅片表面的反射率有极小值。

由于兼具钝化与减反射的优点，含氢的氮化硅薄膜已经广泛用于太阳电池前表面。目前，工业生产中主要采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法进行制备。然而，PECVD法所用的硅烷是一种易燃易爆的气体，对储存和使用的安全防护要求极其严格；并且硅烷目前尚不能完全国产，原料依赖于进口，成本高昂。PECVD法的另一个缺点是在同腔室里连续镀膜时，膜厚均匀性很难保证，硅片之间会有色差。

采用磁控溅射沉积含氢的氮化硅薄膜，其能克服上述的不足。相对于射频磁控溅射而言，中频孪生靶磁控溅射大幅减少了等离子体对衬底的轰击，在沉积过程中衬底表面的损伤更小，可以得到更高的少数载流子寿命。由于磁控溅射可以方便地引入离子源，因此在沉积前可以对硅片表面进行预处理，去除表面杂质，改善表面结构。专利申请号为200610022062.8，公开号为CN101165205发明名称为：一种采用中频孪生靶磁控溅射法制备掺氢氮化硅薄膜的方法的发明专利申请，该方法是在200～400℃范围对太阳能电池片进行加温情况下，在磁控溅射镀膜工作室中充入反应性气体氮气，同时充入氨气，利用旋转的孪生中频靶对其磁控溅射，同时利用等离子体发射谱强度监测器闭环平衡控制装置对充入反应气体氮气进行闭环流量控制，用质量流量计控制氨气流量，在电池片上沉积掺氢氮化硅的抗反射钝化膜。该方法没有使用离子源对硅片表面进行预处理；此外，为了在薄膜内加入氢原子，反应气体采用了氨气，这将无法单独控制氢原子的比例，并且沉积速度较慢，其表面反射率高，晶体硅太阳电池的光学及电学性能差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种在晶体硅太阳电池前表面制备钝化减反射膜的方法，该制备方法原料来源广泛、成本较低且使用安全，制备工艺的温度以及能耗较低，大面积沉积的均匀性好，此外沉积出的薄膜能显著增加太阳电池的少子寿命，降低表面反射率，提升晶体硅太阳电池的光学及电学性能。

为了克服上述技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：

本发明所述的一种在晶体硅太阳电池前表面制备钝化减反射膜的方法，其具体步骤是：

(1)电池前期工艺：选用衬底为织构化的单晶或多晶硅片的基板，并进行扩散制备p-n结；

(2)离子表面轰击：在高真空环境下充入氩气，用离子源对衬底进行表面处理；

(3)薄膜沉积：在基板被加热的情况下，充入反应气体，采用中频孪生靶磁控溅射，在衬底上沉积出氮化硅薄膜于衬底上；

(4)高温烧结：印刷电池后对电池进行高温烧结。

在本发明中，所述步骤(3)的薄膜沉积步骤中氮化硅薄膜为有两种形式：

第一，所述氮化硅薄膜含有氢原子的氮化硅薄膜，该沉积出含有氢原子的氮化硅薄膜的厚度为40～120nm，折射率为1.90～2.20，且氮化硅薄膜中含有原子比8％～20％的氢原子。所述反应气体为氮气与氢气组成的混合气体。

第二，所述氮化硅薄膜为二氧化硅/含氢的氮化硅的双层薄膜。