三層氮化硅減反射膜工藝

:摘要:本文研究了通過等離子氣相沉積(PECVD)在多晶硅片上制作三層氮化硅減反射膜層,設(shè)計的折射率逐漸減小的三層氮化硅膜層能更好的鈍化多晶硅片的體表面和減小光的反射,提高了多晶太陽電池的開路電壓和短路電流,從而有效的提高了多晶太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

氮化硅薄膜作為表面介質(zhì)層在傳統(tǒng)晶硅太陽電池制造中被廣泛應(yīng)用,它能夠很好地鈍化多晶硅片表面及體內(nèi)的缺陷和減少入射光的反射。氮化硅膜層中硅的含量增高,折射率和消光系數(shù)均相應(yīng)增高,隨之氮化硅對光的吸收就會增強,所以高折射率、高消光系數(shù)的薄膜不適合作為減反膜,但是相應(yīng)地增加硅的含量,表面鈍化作用呈現(xiàn)增強趨勢[1]。為了兼顧氮化硅膜層的鈍化和減反射效果,對于多晶太陽電池普遍采用雙層氮化硅膜的減反射膜層,即先淀積一層高折射率的氮化硅可以更好地鈍化太陽電池的表面,然后生長低折射率的氮化硅用于降低表面反射率,從而有效的提高了太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。理論上采用多層氮化硅減反射膜層通過不斷降低折射率,能夠更好的鈍化太陽電池表面和降低表面反射率[2]。本文研究的是利用PECVD制作三層氮化硅膜以及其對多晶太陽電池的影響。

1實驗

本實驗采用156×156多晶硅片,電阻率1～3Ω˙cm,厚度180um的P型硅片,所有硅片除PECVD工藝外,其它都經(jīng)過相同的處理過程。首先硅片經(jīng)過HF和HNO3的混合溶液進(jìn)行制絨,然后經(jīng)過820℃～870℃的POCl3擴散,接著進(jìn)行濕法刻蝕去背結(jié)。再經(jīng)過管式PECVD制作氮化硅減反射膜,PECVD過程中分別采用傳統(tǒng)雙層膜工藝和本文設(shè)計的三層膜工藝各做一組實驗,采用Sentech的SE400測試監(jiān)控氮化硅膜的折射率以及厚度。傳統(tǒng)雙層氮化硅膜工藝:第一層膜(與硅表面接觸的那一層)折射率為2.3左右,厚度為30nm,第二層膜折射率為2.0左右,厚度為55nm;本文設(shè)計的三層膜結(jié)構(gòu)為第一層膜折射率為2.35以上,厚度為10nm,第二層氮化硅薄膜的折射率為2.15左右,厚度為25nm,第三層氮化硅薄膜的折射率為2.0以內(nèi),厚度為50nm。

PECVD鍍完膜厚,通過反射率測試儀分別對采用雙層和三層氮化硅膜工藝的實驗片在波長300～1200nm之間進(jìn)行反射率測試,用WT2000少子壽命測試儀分別對采用雙層和三層氮化硅膜工藝的實驗片進(jìn)行少子壽命抽測,抽測樣片數(shù)量為實驗總片數(shù)的10%。最后經(jīng)過絲網(wǎng)印刷制作背電場及前后電極并進(jìn)行燒結(jié)做成電池片,在光照AM1.5,溫度25℃的條件分別測試兩組實驗片的電性能。

2結(jié)果與討論

通過反射率測試儀分別采用雙層氮化硅膜和三層氮化硅膜工藝所做實驗片進(jìn)行反射率測試,波長選擇300～1200nm,反射率曲線如圖1所示?？梢钥闯鲈诙滩ú糠?300～500nm)三層氮化硅比雙層氮化硅膜具有更低的反射率?？赡苁怯捎谡凵渎蕪墓杵韺酉蛲庵饾u遞減三層氮化硅膜,能使入射的太陽光在內(nèi)部多次反射和干涉,更大程度的增加了入射光的吸收,達(dá)到更好的減反射效果。

通過WT2000少子壽命測試儀對雙層氮化硅膜和三層氮化硅膜兩種鍍膜工藝所做實驗片鍍膜前后的少子壽命進(jìn)行監(jiān)測,抽測樣片數(shù)量為實驗總片數(shù)的10%,并計算出鍍膜前后少子壽命的增加量,根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)三層氮化硅膜鍍膜前后的少子壽命增加量比雙層氮化硅膜的高。采用雙層氮化硅膜工藝的實驗片的少子壽命增加量的平均值為7.2us,采用三層氮化硅膜工藝的實驗片少子壽命的增加量平均值為12.7us。分析原因應(yīng)該是由于三層氮化硅膜底層的氮化硅膜層(即與硅片表面接觸的那層氮化硅膜層)對硅片表面鈍化和體內(nèi)鈍化的更好,所以鍍膜前后的少子壽命增加量比較大,少子壽命的提升有利于太陽電池開路電壓的提高。

將雙層和三層氮化硅膜所做的太陽電池分別進(jìn)行電性能測試,結(jié)果見表1。從表1中看出,三層膜的太陽電池的開路電壓比雙層膜的提高2mV,另外三層膜太陽電池的短路電流也比雙層膜的提高了0.05A。分析原因開路電壓的提高應(yīng)該與三層氮化硅膜的少子壽命高于雙層膜,鈍化效果較好有關(guān);而短路電流的提升主要是由于三層膜的實驗片短波部分反射率較雙層膜的低,從而增加了光的吸收,所以短路電流略有提高。開路電壓與短路電流的提升,最終使三層氮化硅膜多晶太陽電池比傳統(tǒng)雙層膜的光電轉(zhuǎn)換效率提高了0.15%。

3結(jié)論

在太陽電池的產(chǎn)業(yè)化中利用PECVD對多晶硅片進(jìn)行沉積氮化硅減反射膜,采用三層氮化硅膜工藝能更好的整合氮化硅膜層的減反射效果與體表面的鈍化效果。更高的底層折射率的氮化硅膜具有更好的體表面鈍化效果,可以進(jìn)一步提高太陽電池的開路電壓,折射率逐漸降低的三層氮化硅膜層能更好的降低太陽電池短波部分的反射率,提高太陽電池的短路電流,批量實驗表明三層氮化硅膜的多晶太陽電池轉(zhuǎn)換效率較雙層膜的有所提升,所以多晶太陽電池采用三層氮化硅減反射膜比雙層氮化硅減反射膜更有利于提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉泉,汪雷,席珍強,等.PECVD淀積氮化硅薄膜性質(zhì)研究[J].太陽能學(xué)報,2004年03期.

[2]毛贛如,原小杰.等離子體增強CVD氮化硅作硅太陽電池的減反射膜[J].太陽能學(xué)報,1988(3):286-290.