專利名稱：提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多層膜結構，特別涉及一種可以提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構。
背景技術：
隨著經濟建設的快速發展，微電子技術得到了迅猛地發展，PECVD等離子體處理設備的開發和使用也日益廣泛。PECVD即為等離子體增強化學氣相沉積法，在化學氣相沉積時，為了使化學反應能在較低的溫度下進行，可以利用了等離子體的活性來促進反應，這種化學氣相沉積方法稱為等離子體增強化學氣相沉積法，實施該種加工方法的設備為PECVD設備。微波PECVD沉積用于大面積電池片氫化的SiN膜，不適合太陽能電池片的鈍化。這是因為這些薄膜的氫濃度抬高25%至30%。在SiN膜中帶有這么高的氫濃度，少子壽命在10微秒的數量級，100微秒也可以。少子壽命，直接反映了載流子的復合速率，表征了表面或者體材料的鈍化效果的定性測量。太陽能電池是可以將太陽能直接轉換成電能的光電器件。最通用的太陽能電池材料是硅，以單晶或者多晶硅的形式存在。由于利用硅基太陽能電池的發電成本高于傳統方法的發電成本，可以通過提高太陽能電池效率的方法降低發電成本。為了提高光伏晶硅電池光電轉換效率和使用壽命，提高光伏電池的光吸收率，在光伏晶硅電池表面制備減反射薄膜主要采用等離子體增強化學氣相沉積方法(PECVD)，同時還起到體鈍化和面鈍化作用，降低光伏電池組件的衰減速度，等離子體增強化學氣相沉積方法(PECVD)是制備薄膜材料的幾種方法中技術最為成熟、操作較為簡單的一種，連續自動化生產。PECVD即為等離子體增強化學氣相沉積法，在化學氣相沉積時，為了使化學反應能在較低的溫度下進行，可以利用等離子體的活性來促進反應，這種化學氣相沉積方法稱為等離子體增強化學氣相沉積法，實現該種加工方法的設備為PECVD設備。SiN膜的折射率、膜厚、膜的均勻性可通過調節淀積速率壓力反應氣體的比例、淀積溫度以及等離子體的均勻性來適當調節修正SiN膜的參數。減反射膜SiN在580-600nm最佳波長范圍內相對的膜厚度是70-80nm(700-800)，膜的折射率是2. 0-2. 2之間。橢偏儀是工藝質量監控設備，它測量SiN膜的膜厚和折射率。
實用新型內容本實用新型目的在于提供一種可以提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為一種提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構硅基片依次為硅系膜層。所述硅系膜層為兩層的硅系膜層，即第一膜層結構和形成于所述第一膜層上的第、二膜層形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構，其中，第一膜層為鈍化層，第二膜層為減反射層。所述第一膜層鈍化層折射率為nl厚度為hi，第二膜層減反射層折射率為n2厚度為h2，其中所述折射率nl不小于所述折射率n2，所述厚度hi不大于所述厚度h2。所述第一膜層具有的所述折射率所述厚度，和第二膜層具有的所述折射率所述厚度滿足如下關系hlXnl+h2Xn2 160。所述第一膜層和第二膜層折射率為I. 8-2. 4 ;質量密度分別為第一膜層2. 6g/cm3,第二膜層2. 8g/cm3 ;氫氣濃度分別為第一膜層5%,第二膜層15%。所述形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構利用微波PECVD，通入氣體混合物在電池基片沉積第一膜層，而后通入氣體混合物在第一膜層上沉積第二膜層；所述氣體混合物為娃燒與氨氣或娃燒、氨氣和氮氣，通入量為1000 2500sccm。所述形成提高晶體娃太陽能電池多層膜結構利用微波PECVD，通入氣體混合物在電池基片沉積第一膜層，而后通入氣體混合物在第一膜層上沉積第二膜層；沉積過程中工藝壓強為27Pa-270Pa、沉積溫度3500C _400°C，微波功率為 2600W-3200W。本實用新型所具有的優點I.本實用新型提供了一種利用微波PECVD方法來沉積多層SiN膜層作為太陽能電池片上鈍化層和減反射層。通過該方法允許系統構造成用于處理大面積的電池片以實施太陽能電池片上的SiN鈍化層上的沉積，從而利用系統的高沉積速率和優良的薄膜均勻性。2.本實用新型微波PECVD方法中前驅氣體混合氣體可以是硅烷與氨氣或硅烷、氨氣和氮氣。3.本實用新型利用微波PECVD方法在工藝腔中產生等離子體以在電池片上沉積SiN，其中，所述SiN層在太陽能電池中作為減反射層和鈍化膜層，具有2. 6g/cm3和2. 8g/cm3的質量密度，折射率在2. O和2. 2之間，氫氣濃度在大約5%和15%。可以在腔室內保持O. 4mbar的氣壓，微波功率密度O. 54ff/cm2,以產生等離子體。微波頻率2. 45GHz。4.本實用新型微波PECVD方法反應腔的特點是它的等離子體源的組成是由幾根(數目由系統的規模，即產能而定。)I米長的石英管平行并列，每根石英管內有一根銅棒天線，形成同軸系統。每根銅棒天線兩端分別連接一個微波發生器。微波等離子體是一種不需電極和發熱體的等離子反應系統。微波PECVD是由工作頻率在2. 45GHZ的微波與在低真空(I(T1-IO-2Hibar)下，激發反應氣體SiH4(硅烷)和NH3 (氨)，利用氣體放電時產生的高溫促使氣體發生化學反應而淀積在襯底上形成SiN膜。在微波激發氣體過程中，石英管外部周圍形成一圈發紫色輝光的等離子體，并沿著石英管均勻分布。這種淀積方式襯底溫度較低，為350°C -400°C，沿石英管方向均勻分布，分別調節石英管兩端的微波功率，獲得等離子體的密度。每根直線微波等離子源產生的等離子體大致是在直徑為200mm、長度為I. 5m(相當于等離子源長度)的范圍內。增加這種微波等離子源的數目可形成大面積的等離子體源，也增加了等離子體面積，從而增加薄膜淀積的速率和改善薄膜的均勻性。由于微波等離子體有其獨特的特點，它是由微波放電激發氣體而產生，等離子體密度高，不需要大量離子撞擊產生等離子體，這種等離子體的薄膜淀積技術將不產生任何離子對硅表面的損傷，即不產生表面復合中心。而等離子體內的大量H(氫)含量卻對硅表面在淀積SiN薄膜中鈍化和獲得高鈍化特性的含氫SiN膜有著巨大幫助。間接PECVD系統設計又使用反應氣體的利用率提高氣體轉化與SiN的效率提高，氣體損耗減少。為了增強等離子體均勻性和穩定性，在工作壓力從10_2mbar到Imbar大范圍內，在同軸系統的兩邊加了磁場,它同時還增強了等離子體的激發，提高等離子體密度和薄膜淀積速率。
[0021]圖I為本實用新型實施例3提供的多層膜結構示意圖。
具體實施方式
PECVD系統構造成處理大面積電池片的系統可以以高速沉積SiN層。一個或者更多電池片沉積位于等離子腔中。前驅氣體混合物通入腔室，施加微波功率激發等離子體，流過電池片的表面以沉積期望的膜層材料。可以在相對短的時間處理大量的太陽能電池片，從而減少SiN沉積的成本。此外，在太陽能電池片上沉積均勻性的微波PECVD系統可以提高太陽能電池片的效率。通過微波產生等離子體來沉積氫化的SiN膜，用于大面積電池片的微波PECVD系統通常不適合太陽能電池片的鈍化。這是應為膜層的氫含量過高25%至30%甚至更高。帶有這么高的氫濃度的SiN鈍化膜層，少子壽命是10微秒數量級。少子壽命，直接反映了載流子的復合速率，定量的描述了表面的鈍化效果。本實用新型利用微波PECVD系統沉積，第一膜層用于鈍化，長規SiN前驅混合氣體可以在電池片上形成SiN層。對于微波PECVD系統,微波前驅氣體混合物可以包括娃燒，氨氣和氮氣。PECVD工藝模塊包含工藝腔和外圍設備。在載板傳輸方向上工藝腔可以分為三個部分等溫區或者加熱區；帶有微波源和工藝加熱器的等離子或者鍍膜區；冷卻區，其中，所述冷卻區也可分為單獨的模塊。實施例I形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構利用微波PECVD，通入硅烷、氨氣和氮氣的混合氣體在電池基片沉積第一膜層，而后通入氣體混合物在第一膜層上沉積第二膜層；沉積過程中壓強40Pa ;氣體流量分別為娃燒440sccm、氨氣1850sccm和氮氣500sccm ;以及微波功率密為3000W。實施例2另外，將從常規前驅氣體去除氮氣以便前驅氣體包括硅烷和氨氣作為源氣體。沉積的SiN層的氫濃度可以具有用于鈍化層/減反射合適薄膜性質。同樣，SiN的質量密度影響燒結工藝期間氫濃度。在燒結之后，對于極低密度SiN例如2. 2g/g/cm3，氫濃度可以減少60%，對于更高密度的SiN層，氫損失可以忽略不計。可以確信退火層具有質量密度損失即少于2. 6g/cm3，可以允許燒結工藝期間的過多氫原子移動，以致氫分子形成并擴散出SiN層。相反地，可以確信具有高于2. 8g/cm3的質量密度的情況下，不允許燒結工藝期間的足夠的氫遷移率，從而避免了氫原子移動至非鈍化表面以及中和表面的懸掛鍵。形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構利用微波PECVD，通入硅烷和氨氣混合物在電池基片沉積第一膜層，而后通入氣體混合物在第一膜層上沉積第二膜層；所述PECVD系統具有前后兩個腔室，每個腔室布置有四個電極，第一腔室沉積第一膜層，第二腔室沉積第二膜層，沉積過程中壓強25Pa ;氣體流量分別為硅烷495SCCm、氨氣1750sCCm ;以及微波功率密為2900W。沉積后第一膜層厚度為20nm，折射率2. 21，第二膜層厚度為65nm，折射率
I.98。通常來說，第一膜層占整個厚度很小一部分。第一膜層可以在10_20nm之間。第
二膜層相比于第一膜層厚度較厚。裝有電池片的載板傳輸至第二工藝腔室內，通入第二工藝氣體混合物，所述第二 工藝氣體混合物可以是常規SiN工藝氣體,在鍍有第一膜層的電池片上沉積第二膜層。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的范圍之內。
權利要求1.一種提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于硅基片上設有至少一層的娃系膜層。
2.按權利要求I所述的提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于所述硅系膜層為兩層的硅系膜層，即第一膜層結構和形成于所述第一膜層上的第二膜層形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構，其中，第一膜層為鈍化層，第二膜層為減反射層。
3.按權利要求I或2所述的提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于所述第一膜層鈍化層折射率為nl厚度為hi，第二膜層減反射層折射率為n2厚度為h2，其中所述折射率nl不小于所述折射率n2，所述厚度hi不大于所述厚度h2。
4.按權利要求3所述的提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于所述第一膜層具有的所述折射率所述厚度，和第二膜層具有的所述折射率所述厚度滿足如下關系hlXnl+h2Xn2 ^ 160。
5.按權利要求4所述的提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于所述第一膜層和第二膜層折射率為I. 8-2. 4 ;質量密度分別為第一膜層2. 6g/cm3，第二膜層2.8g/cm3 ;氫氣濃度分別為第一膜層5%,第二膜層15%。
6.按權利要求I或2所述的提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于所述形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構利用微波PECVD，通入氣體混合物在電池基片沉積第一膜層，而后通入氣體混合物在第一膜層上沉積第二膜層；所述氣體混合物為娃燒與氨氣或娃燒、氨氣和氮氣，通入量為1000 2500sccm。
7.按權利要求6所述的提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構，其特征在于所述形成提高晶體硅太陽能電池多層膜結構利用微波PECVD，通入氣體混合物在電池基片沉積第一膜層，而后通入氣體混合物在第一膜層上沉積第二膜層；沉積過程中工藝壓強為27Pa-270Pa、沉積溫度 350°C _400°C，微波功率為 2600W-3200W。
專利摘要本實用新型涉及一種多層膜結構，特別涉及一種可以提高晶體硅太陽能電池轉換效率的多層膜結構。所述多層膜為至少兩層的硅系膜層該多層膜結構可以用作太陽能電池片上的鈍化層/減反射層。可以通過在沉積工藝期間通過向常規前驅氣體混合物在太陽能電池片上形成硅系膜層。本實用新型提供了一種利用微波PECVD方法來沉積多層SiN膜層作為太陽能電池片上鈍化層和減反射層。通過該方法允許系統構造成用于處理大面積的電池片以實施太陽能電池片上的SiN鈍化層上的沉積，從而利用系統的高沉積速率和優良的薄膜均勻性。
文檔編號B32B9/04GK202373592SQ201120444068
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者劉興, 張健, 張冬, 徐寶利, 李士軍, 李松, 洪克超, 王剛, 王學敏, 許新, 趙崇凌, 郭玉飛, 鐘福強, 陸濤, 雷震霖 申請人:中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司