专利名称：硅太阳能电池减反射薄膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于太阳能电池的氮化硅减反射薄膜。
背景技术：
氮化硅减反射薄膜广泛应用于晶体硅(包括单晶硅、多晶硅)太阳能电池中，通常制备氮化硅的方法为等离子增强化学气相沉积(PECVD)或溅射，其中PECVD的应用最广泛。在PECVD沉积时，氮化硅薄膜中也会包含反应的副产物氢。氮化硅薄膜在晶体硅太阳能电池中主要有以下作用1)减反射作用。一般氮化硅的折射率为1.9～2.3，采用合适的折射率和厚度的氮化硅薄膜，可以使太阳能电池对光的反射大大减少，从而提高太阳能电池的光电转换率。
2)表面钝化作用。氮化硅薄膜可以减少硅表面的悬键，从而起到一定的表面钝化作用。特别是在氮化硅沉积及后续的烧结/退火过程中，氮化硅中的氢释放出来，部分氢与硅表面的悬键结合，从而减少硅/氮化硅的界面态密度。由于氮化硅的表面钝化，太阳能电池的表面复合减少，电池性能有所改善。
3)体钝化作用。对多晶硅太阳能电池而言，电池体内存在大量的晶界。这些晶界对电池性能有负面作用。在烧结/退火过程中，氮化硅中的氢释放出来，部分氢分子通过与硅中的空位结合等方式，转为氢原子或氢-空位对，扩散进入多晶硅体内。氢与晶界上的悬键或电池体内的其它缺陷、杂质结合，可以起到钝化晶界、缺陷或杂质的作用。氮化硅的体钝化对多晶硅太阳能电池有非常重要的作用，可以明显提高多晶硅电池的少数载流子寿命，从而提高电池效率。对单晶硅太阳能电池而言，氮化硅中的氢也可以钝化体内的缺陷和杂质，这一点对材料质量低的单晶硅电池尤为重要。
氮化硅薄膜的理想化学配比为Si3N4。实际应用的氮化硅薄膜组分有时会偏离理想化学配比，简记为SiNX，当X大于1.33时，氮化硅中富氮；X小于1.33时，氮化硅中富硅。由于氮化硅中通常含氢，简记为SiNX:H。
氮化硅薄膜的折射率与薄膜组分(即薄膜中的硅氮比例)有很大关系。通常，SiNx中的硅含量越高，则薄膜的折射率越高；氮含量越高，则薄膜的折射率越低。此外，薄膜折射率也与薄膜致密程度、薄膜中是否有氧杂质等相关。在理想化学配比时，氮化硅薄膜的折射率为1.95～2.0。
氮化硅薄膜的表面钝化性能也与薄膜组分有很大关系。通常硅含量高的薄膜钝化效果更好。
从减反射的角度考虑，若考虑到空气、封装材料(玻璃和EVA)、硅材料之间的折射率匹配关系，氮化硅的最佳折射率为2.3。从表面钝化的角度考虑，氮化硅应为富硅的，相应的折射率在2.0以上。
但富硅的氮化硅中存在光吸收问题。当氮化硅中含量超出理想配比后，薄膜的消光系数不为零，因此存在一定的光吸收。硅含量越高，相应的光吸收也越高。这部分被氮化硅薄膜吸收的光完全损失掉了。会减少太阳能电池的效率。
因此，在通常的硅太阳能电池中，使用单一组分的、接近理想化学配比的氮化薄膜(折射率1.95～2.05)。这种薄膜虽然几乎没有光吸收损失，但表面钝化性能有欠缺(表面复合速度比富硅的氮化硅薄膜高一倍以上)，折射率也并非理想。
发明内容
本发明的目的是要提供一种硅太阳能电池减反射薄膜，该薄膜表面钝化效果好、光吸收损失较少，同时具备良好的减反射性能。
本发明的目的是这样实现的该减反射薄膜是在硅片正表面沉积有富硅氮化硅薄膜，在富硅氮化硅薄膜上面沉积有接近理想配比氮化硅薄膜。
富硅氮化硅薄膜的厚度2~35纳米，化学组分为SiNx:H(0.9＜x＜1.33)，折射率为2.0~2.5。
接近理想配比氮化硅薄膜的厚度为35~75纳米，化学组分为SiNx:H，(1.8＞x＞1.25)，折射率为1.8~2.05。
富硅氮化硅薄膜与理想配比氮化硅薄膜之间还沉积有氮化硅过渡层。
氮化硅过渡层的厚度为2~75纳米，折射率介于富硅氮化硅薄膜和接近理想配比氮化硅薄膜的折射率之间，硅含量也介于富硅氮化硅薄膜和接近理想配比氮化硅薄膜之间。
富硅氮化硅薄膜、氮化硅过渡层和接近理想配比氮化硅薄膜的总厚度65~90纳米，硅含量逐渐减少。
所使用的硅片为已完成表面织构化和扩散制结的单晶硅或多晶硅片。所使用的沉积方式可以是PECVD、磁控溅射等任意化学物理沉积方法。
本发明采用多层组分不同或渐变组分的氮化硅作为太阳能电池的减反射薄膜，其中，在硅/氮化硅界面处采用富硅(折射率高)的氮化硅薄膜，以改善氮化硅的表面钝化效果。在富硅的氮化薄膜之上，制备组分接近理想配比的氮化硅薄膜，减少光吸收损失。
本发明由于靠近硅片表面的氮化硅薄膜含量高，因此表面钝化效果优于接近理想配比的氮化硅薄膜，表面复合速度比正常配比的氮化硅薄膜低一倍以上。同时，富硅的氮化硅薄膜较薄，造成的光吸收损失较少，仅吸收20％～30％波长在300纳米左右的短波光，对中长波光几乎没有吸收。其余氮化硅薄膜组分接近理想化学配比，几乎没有光吸收损失。此外，采用多层或渐变折射率的氮化硅薄膜以后，比单一折射率(折射率为1.9～2.1)的氮化硅表面光反射减少2％～4％，也有利于提高电池效率。
具体实施例方式
实施例一，采用两层组分不同的氮化硅薄膜。在所述硅片的正表面(扩散面)沉积两层组分不同的氮化硅薄膜。沉积方式可以采用PECVD。先沉积富硅氮化硅薄膜，厚度5纳米，化学组分为SiNx:H，X＝0.9，相应折射率为2.5。然后在所述富硅氮化硅薄膜上沉积组分接近理想配比氮化硅薄膜，厚度65纳米，化学组分为SiNx:H，X＝1.33，相应折射率为2.0。上述双层薄膜的厚度、折射率之间的关系满足使表面光反射尽量少的原则。
实施例二，采用两层以上组分不同的氮化硅薄膜。其中，先沉积硅含量高富硅的薄膜，厚度10纳米，化学组分为SiNx:H，X＝1.1，相应折射率为2.2。然后沉积一层氮化硅过渡层。最后沉积组分接近理想配比的氮化硅薄膜，厚度50纳米，化学组分为SiNx:H，X＝1.8，相应折射率为1.8。所述氮化硅过渡层折射率介于最下层和最上层氮化硅薄膜的折射率之间，厚度25纳米，硅含量也介于最下层和最上层氮化硅薄膜之间。实施例三，采用组分渐变的氮化硅薄膜。在硅片表面先沉积的薄膜化学组分为SiNx:H，X＝1.0，相应折射率为2.4。然后按X＝1.01、X＝1.02、x＝1.03...的方式逐步增加薄膜中的氮含量，相应折射率也减小。最后沉积的薄膜化学组分为SiNx:H，X＝1.4，相应折射率为1.9。上述的薄膜的总厚度为75纳米。
调节薄膜中化学组分的具体方法(以PECVD为例)可以通过调节PECVD的源气(硅烷和氨气)气流比控制薄膜的化学配比(控制薄膜化学配比有不同的方式，如在微波远距PECVD中调节微波功率)。硅烷的气流较高时，沉积的薄膜倾向于富硅。欲沉积富硅氮化硅薄膜时，通过调节气流比、功率、气压、沉积温度和时间等参数，可以获得厚度2~35纳米，化学组分为SiNx:H(0.9＜x＜1.33)，相应折射率为2.0~2.5氮化硅薄膜。欲沉积接近理想配比的薄膜时，可以降低硅烷的气流量，这时沉积的氮化硅倾向于理想化学配比。同样通过调节气流比、功率、气压、沉积温度和时间等参数，可获得厚度35~75纳米，化学组分为SiNx:H，1.8＞x＞1.25，相应折射率为1.8~2.05的氮化硅薄膜。
在氮化硅沉积完成后，硅片可经丝网印刷金属电极、烧结等工艺制备成晶体太阳能电池。
权利要求
1.一种硅太阳能电池减反射薄膜，其特征是在硅片正表面沉积有富硅的氮化硅薄膜，在富硅氮化硅薄膜上面沉积有接近理想配比的氮化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池减反射薄膜，其特征是富硅氮化硅薄膜的厚度2～35纳米，化学组分为SiNxH，0.9＜x＜1.33，相应折射率为2.0～2.5。
3.根据权利要求1所述的硅太阳能电池减反射薄膜，其特征是接近理想配比氮化硅薄膜的厚度为35～75纳米，化学组分为SiNx:H，1.8＞x＞1.25，相应折射率为1.8～2.05。
4.根据权利要求1所述的硅太阳能电池减反射薄膜，其特征是富硅氮化硅薄膜与接近理想配比氮化硅薄膜之间还沉积有氮化硅过渡层。
5.根据权利要求4所述的硅太阳能电池减反射薄膜，其特征是氮化硅过渡层的厚度为2～75纳米，折射率介于富硅氮化硅薄膜和接近理想配比氮化硅薄膜的折射率之间，硅含量也介于富硅氮化硅薄膜和接近理想配比氮化硅薄膜之间。
6.根据权利要求4所述的硅太阳能电池减反射薄膜，其特征是富硅氮化硅薄膜、氮化硅过渡层和理想配比氮化硅薄膜的总厚度65～90纳米，各层硅含量逐渐减少。
全文摘要
本发明公开了一种用于太阳能电池的硅太阳能电池减反射薄膜，该薄膜在硅片正表面沉积有富硅的氮化硅薄膜，在富硅氮化硅薄膜上面沉积有接近理想配比的氮化硅薄膜。靠近硅片表面的氮化硅薄膜含量高，表面钝化效果优于接近理想配比氮化硅薄膜，表面复合速度比正常配比氮化硅薄膜低一倍以上。富硅的氮化硅薄膜较薄，光吸收损失较少，仅吸收20％～30％波长在300纳米左右的短波光，对中长波光几乎没有吸收。其余氮化硅薄膜组分接近理想化学配比，几乎没有光吸收损失。采用多层或渐变折射率的氮化硅薄膜以后，比单一折射率(折射率为1.9～2.1)的氮化硅表面光反射减少2％～4％，也有利于提高电池效率。
文档编号H01L31/0216GK101022135SQ20071001979
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月9日 优先权日2007年2月9日
发明者励旭东 申请人:江苏艾德太阳能科技有限公司