专利名称：一种提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多层膜结构，特别涉及一种可以提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构。
背景技术：
随着经济建设的快速发展，微电子技术得到了迅猛地发展，PECVD等离子体处理设备的开发和使用也日益广泛。PECVD即为等离子体增强化学气相沉积法，在化学气相沉积时，为了使化学反应能在较低的温度下进行，可以利用了等离子体的活性来促进反应，这种化学气相沉积方法称为等离子体增强化学气相沉积法，实施该种加工方法的设备为PECVD设备。微波PECVD沉积用于大面积电池片氢化的SiN膜，不适合太阳能电池片的钝化。这是因为这些薄膜的氢浓度抬高25%至30%。在SiN膜中带有这么高的氢浓度，少子寿命在10微秒的数量级，100微秒也可以。少子寿命，直接反映了载流子的复合速率，表征了表面或者体材料的钝化效果的定性测量。太阳能电池是可以将太阳能直接转换成电能的光电器件。最通用的太阳能电池材料是硅，以单晶或者多晶硅的形式存在。由于利用硅基太阳能电池的发电成本高于传统方法的发电成本，可以通过提高太阳能电池效率的方法降低发电成本。为了提高光伏晶硅电池光电转换效率和使用寿命，提高光伏电池的光吸收率，在光伏晶硅电池表面制备减反射薄膜主要采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)，同时还起到体钝化和面钝化作用，降低光伏电池组件的衰减速度，等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)是制备薄膜材料的几种方法中技术最为成熟、操作较为简单的一种，连续自动化生产。PECVD即为等离子体增强化学气相沉积法，在化学气相沉积时，为了使化学反应能在较低的温度下进行，可以利用等离子体的活性来促进反应，这种化学气相沉积方法称为等离子体增强化学气相沉积法，实现该种加工方法的设备为PECVD设备。SiN膜的折射率、膜厚、膜的均匀性可通过调节淀积速率压力反应气体的比例、淀积温度以及等离子体的均匀性来适当调节修正SiN膜的参数。减反射膜SiN在580-600nm最佳波长范围内相对的膜厚度是70-80nm(700-800)，膜的折射率是2.0-2.2之间。椭偏仪是工艺质量监控设备，它测量SiN膜的膜厚和折射率。
发明内容
本发明目的在于提供一种可以提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构:所述多层膜为至少两层的硅系膜层。所述多层膜为两层的硅系膜层，即第一膜层结构和形成于所述第一膜层上的第二膜层形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构，其中，第一膜层为钝化层，第二膜层为减反射层。所述第一膜层钝化层折射率为nl厚度为hi，第二膜层减反射层折射率为n2厚度为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。所述第一膜层具有的所述折射率所述厚度，和第二膜层具有的所述折射率所述厚度满足如下关系:hlXnl+h2Xn2 160。所述第一膜层和第二膜层折射率为1.8-2.4 ;质量密度分别为第一膜层2.6g/cm3,第二膜层2.8g/cm3 ;氢气浓度分别为第一膜层5%,第二膜层15%。所述形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构利用微波PECVD，通入气体混合物在电池基片沉积第一膜层，而后通入气体混合物在第一膜层上沉积第二膜层；所述气体混合物为娃烧与氨气或娃烧、氨气和氮气，通入量为1000 2500sccm。所述形成提高晶体娃太阳能电池多层膜结构利用微波PECVD，通入气体混合物在电池基片沉积第一膜层，而后通入气体混合物在第一膜层上沉积第二膜层；沉积过程中工艺压强为27Pa-270Pa、沉积温度3500C _400°C，微波功率为 2600W-3200W。本发明所具有的优点:1.本发明提供了一种利用微波PECVD方法来沉积多层SiN膜层作为太阳能电池片上钝化层和减反射层。通过该方法允许系统构造成用于处理大面积的电池片以实施太阳能电池片上的SiN钝化层上的沉积，从而利用系统的高沉积速率和优良的薄膜均匀性。2.本发明微波PECVD方法中前驱气体混合气体可以是娃烧与氨气或娃烧、氨气和氮气。3.本发明利用微波PECVD方法在工艺腔中产生等离子体以在电池片上沉积SiN，其中，所述SiN层在太阳能电池中作为减反射层和钝化膜层，具有2.6g/cm3和2.8g/cm3的质量密度，折射率在2.0和2.2之间，氢气浓度在大约5%和15%。可以在腔室内保持
0.4mbar的气压，微波功率密度0.54ff/cm2,以产生等离子体。微波频率2.45GHz。4.本发明微波PECVD方法反应腔的特点是它的等离子体源的组成是由几根(数目由系统的规模，即产能而定。)I米长的石英管平行并列，每根石英管内有一根铜棒天线，形成同轴系统。每根铜棒天线两端分别连接一个微波发生器。微波等离子体是一种不需电极和发热体的等离子反应系统。微波PECVD是由工作频率在2.45GHZ的微波与在低真空(I(T1-1O-2Hibar)下，激发反应气体SiH4(硅烷)和NH3 (氨)，利用气体放电时产生的高温促使气体发生化学反应而淀积在衬底上形成SiN膜。在微波激发气体过程中，石英管外部周围形成一圈发紫色辉光的等离子体，并沿着石英管均匀分布。这种淀积方式衬底温度较低，为350°C -400°C，沿石英管方向均匀分布，分别调节石英管两端的微波功率，获得等离子体的密度。每根直线微波等离子源产生的等离子体大致是在直径为200mm、长度为1.5m(相当于等离子源长度)的范围内。增加这种微波等离子源的数目可形成大面积的等离子体源，也增加了等离子体面积，从而增加薄膜淀积的速率和改善薄膜的均匀性。由于微波等离子体有其独特的特点，它是由微波放电激发气体而产生，等离子体密度高，不需要大量离子撞击产生等离子体，这种等离子体的薄膜淀积技术将不产生任何离子对硅表面的损伤，即不产生表面复合中心。而等离子体内的大量H(氢)含量却对硅表面在淀积SiN薄膜中钝化和获得高钝化特性的含氢SiN膜有着巨大帮助。间接PECVD系统设计又使用反应气体的利用率提高气体转化与SiN的效率提高，气体损耗减少。为了增强等离子体均匀性和稳定性，在工作压力从10_2mbar到Imbar大范围内，在同轴系统的两边加了磁场，它同时还增强了等离子体的激发，提高等离子体密度和薄膜淀积速率。
图1为本发明实施例3提供的多层膜结构示意图。
具体实施例方式PECVD系统构造成处理大面积电池片的系统可以以高速沉积SiN层。一个或者更多电池片沉积位于等离子腔中。前驱气体混合物通入腔室，施加微波功率激发等离子体，流过电池片的表面以沉积期望的膜层材料。可以在相对短的时间处理大量的太阳能电池片，从而减少SiN沉积的成本。此外，在太阳能电池片上沉积均匀性的微波PECVD系统可以提高太阳能电池片的效率。通过微波产生等离子体来沉积氢化的SiN膜，用于大面积电池片的微波PECVD系统通常不适合太阳能电池片的钝化。这是应为膜层的氢含量过高25%至30%甚至更高。带有这么高的氢浓度的SiN钝化膜层，少子寿命是10微秒数量级。少子寿命，直接反映了载流子的复合速率，定量的描述了表面的钝化效果。本发明利用微波PECVD系统沉积，第一膜层用于钝化，长规SiN前驱混合气体可以在电池片上形成SiN层。对于微波PECVD系统,微波前驱气体混合物可以包括娃烧,氨气和氮气。PECVD工艺模块包含工艺腔和外围设备。在载板传输方向上工艺腔可以分为三个部分:等温区或者加热区；带有微波源和工艺加热器的等离子或者镀膜区；冷却区，其中，所述冷却区也可分为单独的模块。实施例1形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构利用微波PECVD，通入硅烷、氨气和氮气的混合气体在电池基片沉积第一膜层，而后通入气体混合物在第一膜层上沉积第二膜层；沉积过程中压强40Pa ;气体流量分别为娃烧440sccm、氨气1850sccm和氮气500sccm ;以及微波功率密为3000W。实施例2另外，将从常规前驱气体去除氮气以便前驱气体包括硅烷和氨气作为源气体。沉积的SiN层的氢浓度可以具有用于钝化层/减反射合适薄膜性质。同样，SiN的质量密度影响烧结工艺期间氢浓度。在烧结之后，对于极低密度SiN例如2.2g/g/cm3，氢浓度可以减少60%，对于更高密度的SiN层，氢损失可以忽略不计。可以确信退火层具有质量密度损失即少于2.6g/cm3，可以允许烧结工艺期间的过多氢原子移动，以致氢分子形成并扩散出SiN层。相反地，可以确信具有高于2.8g/cm3的质量密度的情况下，不允许烧结工艺期间的足够的氢迁移率，从而避免了氢原子移动至非钝化表面以及中和表面的悬挂键。形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构利用微波PECVD，通入硅烷和氨气混合物在电池基片沉积第一膜层，而后通入气体混合物在第一膜层上沉积第二膜层；所述PECVD系统具有前后两个腔室，每个腔室布置有四个电极，第一腔室沉积第一膜层，第二腔室沉积第二膜层，沉积过程中压强25Pa ;气体流量分别为硅烷495SCCm、氨气1750sCCm ;以及微波功率密为2900W。沉积后第一膜层厚度为20nm，折射率2.21，第二膜层厚度为65nm，折射率
1.98。通常来说，第一膜层占整个厚度很小一部分。第一膜层可以在10_20nm之间。第
二膜层相比于第一膜层厚度较厚。装有电池片的载板传输至第二工艺腔室内，通入第二工艺气体混合物，所述第二工艺气体混合物可以是常规SiN工艺气体,在镀有第一膜层的电池片上沉积第二膜层。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述多层膜为至少两层的硅系膜层。
2.按权利要求1所述的提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述多层膜为两层的硅系膜层，即第一膜层结构和形成于所述第一膜层上的第二膜层形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构，其中，第一膜层为钝化层，第二膜层为减反射层。
3.按权利要求1或2所述的提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述第一膜层钝化层折射率为nl厚度为hi，第二膜层减反射层折射率为n2厚度为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.按权利要求3所述的提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述第一膜层具有的所述折射率所述厚度，和第二膜层具有的所述折射率所述厚度满足如下关系:hlXnl+h2Xn2 ^ 160。
5.按权利要求4所述的提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述第一膜层和第二膜层折射率为1.8-2.4 ;质量密度分别为第一膜层2.6g/cm3，第二膜层2.8g/cm3 ;氢气浓度分别为第一膜层5%,第二膜层15%。
6.按权利要求1或2所述的提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构利用微波PECVD，通入气体混合物在电池基片沉积第一膜层，而后通入气体混合物在第一膜层上沉积第二膜层；所述气体混合物为娃烧与氨气或娃烧、氨气和氮气，通入量为1000 2500sccm。
7.按权利要求6所述的提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构，其特征在于:所述形成提高晶体硅太阳能电池多层膜结构利用微波PECVD，通入气体混合物在电池基片沉积第一膜层，而后通入气体混合物在第一膜层上沉积第二膜层；沉积过程中工艺压强为27Pa-270Pa、沉积温度 350°`C _400°C，微波功率为 2600W-3200W。
全文摘要
本发明涉及一种多层膜结构，特别涉及一种可以提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构。所述多层膜为至少两层的硅系膜层该多层膜结构可以用作太阳能电池片上的钝化层/减反射层。可以通过在沉积工艺期间通过向常规前驱气体混合物在太阳能电池片上形成硅系膜层。本发明提供了一种利用微波PECVD方法来沉积多层SiN膜层作为太阳能电池片上钝化层和减反射层。通过该方法允许系统构造成用于处理大面积的电池片以实施太阳能电池片上的SiN钝化层上的沉积，从而利用系统的高沉积速率和优良的薄膜均匀性。
文档编号H01L31/0216GK103107207SQ20111035789
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者雷震霖, 赵崇凌, 李士军, 张健, 张东, 洪克超, 徐宝利, 钟富强, 陆涛, 许新, 王刚, 刘兴, 郭玉飞, 王学敏, 李松 申请人:中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司