一种抗pid的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用
【专利摘要】本发明公开一种抗PID的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用，所述氮化硅减反射膜包括沉积于硅片上的内、外两层氮化硅减反射膜，其中，内层氮化硅减反射膜的折射率为1.8~2.2，外层氮化硅减反射膜的折射率为2.0~2.5。本发明对多晶硅电池的氮化硅减反射层的结构（包括：膜层厚度、折射率、以及晶化度）进行了设计，并随后优化了电池扩散工艺中的p?n结深度、掺杂浓度，以及后期金属化过程，使之与优化的氮化硅减反射层相匹配，最终得到具有抗PID性能的多晶硅电池产品。封装成72片组件后进行双85测试，功率损失为2.6%，符合TUV规定的PID测试标准。
【专利说明】
一种抗PID的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用
技术领域
[0001]本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种抗PID的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]电势诱导衰减(Potential Induced Degradat1n，缩写为PID)，是指组件在反向高电压的诱导下，表面发生极化现象;如果在组件上施加相对与地面的正向电压，漏电流会立即从电池流向地面，电池表面会积累负电荷，这些电荷会将正电荷吸引到电池表面从而形成复合中心，导致组件的输出功率发生衰减;如果在组件上施加相对于地面的负向电压，则漏电流会从地面流向电池，电池表面积累正电荷，对组件的输出功率不会产生影响。这个现象是2005年由美国的光伏制造商Sunpower公司报道的。
[0003]光伏电站在实际运行中，系统偏压使组件表面发生极化现象，严重时会导致功率剧烈衰减50%以上。系统设计、组件封装和电池片三个方面都可能引起PID现象，因此，要彻底解决组件PID问题，改进电池片制程工艺、改进组件封装技术以提高组件对环境温度、湿度和高偏压的抵抗力，以及改进电站系统的设计和安装这三个方面缺一不可。
[0004]高电压导致组件功率衰减的机理是多样的。高偏压衰减的程度与流过封装材料及玻璃、硅电池活性层、接地组件边框之间的漏电流或者电量相关，这几项因素都可以通过实验进行测定;然而，还存在一些竞争过程，使得组件PID现象呈现出非线性以及过程依赖的特点。一种衰减机理认为，通过组件正面玻璃的电流引起Na+等可移动电荷在电池活性层累积，使得半导体活性层的表面场电性发生改变，称之为极化。从电池层面来看，电池材料的性能对PID衰减幅度具有调制作用。
[0005]目前，商业化晶体硅太阳电池制作工艺采用的工艺流程大体分为硅片清洗制绒、扩散、去PSG、制作减反射层、丝网印刷电极、烘干烧结、测试分选共七个步骤。尽管多晶硅太阳电池工艺流程及大部分设备相同，然而，在电池的转换效率、光电特性等方面，随着电池结构、工艺技术即参数的差异，晶体硅太阳电池的光电性能也呈现出不同的特点。
[0006]在高性能多晶硅电池片中，为了避免p-n结特性蜕化，在电学上，SixNyHz材料需要起到隔离封装材料和电池片p-n结的绝缘介质作用;物理上，SixNyHz材料需要起到隔离可移动粒子等杂质源的作用。
[0007]理想的SixNyHJ莫要有均匀的组成成分。在PECVD沉积中发生的化学反应比较复杂，得到的膜的组分可能并非要求的组分。沉积工艺的一个目标是要在反应中有合适数量的分子，以便使沉积得到的膜的组分接近于化学反应方程式中对应的组分比例。
[0008]SixNyHJ莫的结构也很重要，尤其是膜层中的晶粒尺寸。如果膜层中晶粒大小变化，膜的电学和机械特性会变化，这将影响薄膜的长期可靠性，尤其是电迀移。对于多晶硅太阳电池器件，减反射膜与正面银栅线在台阶处的覆盖是否良好，对于缓解PID效应具有明显作用。因此，需要减少膜损伤，选择合适的减反射膜晶粒尺寸，使台阶处的覆盖良好。
[0009]多晶硅太阳电池在制作减反射层步骤中，一般采取PECVD方法沉积单层或多层SixNyHz薄膜，折射率在2.05左右，厚度在75?80nm左右。这种氮化硅层通常被用做多晶硅太阳电池的钝化保护层，一方面由于它能很好的抑制杂质和潮气的扩散，另外一方面可以增加光的透射率，但是对于抗PID方面的性能比较薄弱。这一层材料被视为改善PID的关键一环。
【发明内容】
[0010]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗PID的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用，旨在解决现有氮化硅减反射膜抗PID性能较弱的问题。
[0011]本发明的技术方案如下:
一种抗PID的氮化硅减反射膜，其中，所述氮化硅减反射膜包括沉积于硅片上的内、夕卜两层氮化硅减反射膜，其中，内层氮化硅减反射膜的折射率为1.8-2.2,外层氮化硅减反射膜的折射率为2.0?2.5。
[0012]所述的抗PID的氮化硅减反射膜，其中，内层氮化硅减反射膜的厚度为18.5?22.5nm，外层氮化娃减反射膜的厚度为55.5?65.5nm。
[0013]所述的抗PID的氮化硅减反射膜，其中，内层氮化硅减反射膜的折射率为2.0，外层氮化硅减反射膜的折射率为2.2。
[OOM]所述的抗PID的氮化娃减反射膜，其中，内层氮化娃减反射膜的厚度为20.5nm，夕卜层氮化娃减反射膜的厚度为61.5nm。
[0015]一种如上任一所述的抗PID的氮化硅减反射膜的制备方法，其中，采用PECVD化学气相沉积技术，使用Centro therm PECVD设备，通过调节Centrotherm PECVD设备的气体流量、温度、功率参数，在硅片上依次获得相应折射率的内、外层氮化硅减反射膜。
[0016]所述的抗PID的氮化娃减反射膜的制备方法，其中，调节CentrothermPECVD设备的SiH4流量为350?450sccm，NH3流量为2?8slm，温度为400?500°C，功率源功率为2500?3000W，功率源频率为10.5-15.5kHz。
[0017]所述的抗PID的氮化硅减反射膜的制备方法，其中，SiH4流量为400sCCm，NH3流量为5s Im，温度为450 °C，功率源功率为2800W，功率源频率为12.5kHz。
[0018]—种抗PID的氮化硅减反射膜的应用，其中，将如上任一所述的抗PID的氮化硅减反射膜应用于多晶硅太阳电池中。
[0019]所述的抗PID的氮化硅减反射膜的应用，其中，将所述多晶硅太阳电池进行封装，制成组件。
[0020]有益效果:本发明对多晶硅电池的氮化硅减反射层的折射率进行了设计，从而得到具有抗PID性能的氮化娃减反射层。
【附图说明】
[0021]图1为本发明一种抗PID的氮化硅减反射膜较佳实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供一种抗PID的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]图1为本发明一种抗PID的氮化硅减反射膜较佳实施例的结构示意图，如图所示，所述氮化硅减反射膜包括沉积于硅片I上的内、外两层氮化硅减反射膜，其中，内层氮化硅减反射膜2的折射率为1.8?2.2，外层氮化硅减反射膜3的折射率为2.0?2.5。本发明设计了双层结构的氮化硅减反射膜，通过改变氮化硅减反射膜的折射率，使之具有抗PID作用。优选地，内层氮化硅减反射膜的折射率为2.0，外层氮化硅减反射膜的折射率为2.2。本发明通过优化内、外层氮化硅减反射膜的折射率，以进一步提高氮化硅减反射膜的抗PID作用。
[0024]进一步地，本发明内层氮化娃减反射膜的厚度为18.5?22.5nm，外层氮化娃减反射膜的厚度为55.5-65.5nm。本发明的氮化硅减反射膜，通过改变氮化硅减反射膜的厚度，以进一步提高氮化硅减反射膜的抗PID作用。优选地，内层氮化硅减反射膜的厚度为20.5nm，外层氮化硅减反射膜的厚度为61.5nm。本发明通过优化内、外层氮化硅减反射膜的厚度，以最大化地提高氮化硅减反射膜的抗PID作用。本发明对氮化硅减反射层的膜层厚度和折射率进行了设计，最终得到具有抗PID性能的氮化硅减反射层。
[0025]基于上述抗PID的氮化硅减反射膜，本发明还提供一种如上任一所述的抗PID的氮化硅减反射膜的制备方法，其中，采用PECVD化学气相沉积技术，使用Centrotherm PECVD设备，通过调节Centro therm PECVD设备的气体流量、温度、功率等参数，在硅片上依次获得相应折射率的内、外层氮化硅减反射膜。PECVD化学气相沉积采用等离子体来增强沉积，等离子体将反应气体分解为活性成分，这便使活性成分在适宜的温度下能够在基底上沉积。本发明采用PECVD化学气相沉积技术，使用的设备是Centrotherm PECVD，通过改变气体流量、压力、温度、功率等设备参数进行调试，获得相应折射率的内、外层氮化硅减反射膜，以提高内、外层氮化硅减反射膜的抗PID作用。具体为，将经过清洗制绒、扩散、刻蚀后的晶体硅片用Centrotherm PECVD设备沉积，得到折射率为1.8?2.2的内层氮化硅减反射膜;然后在得到的内层氮化硅减反射膜上用Centro therm PECVD设备再次沉积，得到折射率为2.0-2.5的外层氮化娃减反射膜。沉积内、外层氮化娃减反射膜时，本发明调节Centrotherm PECVD设备的SiH4(硅烷)流量为350?450sccm，NH3(氨气)流量为2?8slm，温度为400?500°C，功率源功率为2500?3000W，功率源频率为10.5?15.5kHz。在上述Centrotherm PECVD设备的制备参数和条件下，可实现本发明氮化硅减反射膜的结构设计。且本发明制备过程与现有设备兼容性高。优选地，SiH4流量为400sccm，NH3流量为5slm，温度为450°C，功率源功率为2800W，功率源频率为12.5kHz。本发明通过优化设备的制备参数，以进一步优化制得的氮化硅减反射膜的结构，进而提高氮化硅减反射膜的抗PID作用。
[0026]本发明还提供一种抗PID的氮化硅减反射膜的应用，其中，将如上任一所述的抗PID的氮化硅减反射膜应用于多晶硅太阳电池中。采用本发明双层氮化硅减反射膜设计的多晶硅太阳电池抗PID性能可达到IEC测试要求。本发明氮化硅减反射膜是非晶态膜层，其中的氮硅氢元素的含量影响膜层的晶化度，而氮、硅、氢元素的含量可通过沉积工艺控制；改变沉积气体在反应室内的流量、压力，可根据要求控制晶化度水平，从而提高氮化硅膜层的介电效果并使折射率达到2.0?2.4范围。本发明还对多晶硅太阳电池扩散工艺和金属化工艺进行了优化匹配。具体优化了多晶硅太阳电池扩散工艺中的P-n结深度，目的是将扩散方阻控制增加到80 Ω/□，结深控制在0.3?0.5μπι。本发明还优化了多晶硅太阳电池扩散工艺中的掺杂浓度，通过控制掺杂源气体流量，使得杂质原子在P-n结中的数量减少，目的是控制扩散方阻增加到80 Ω/口)，此外，还优化了后期金属化过程，这是由于扩散方阻和p-n结深度的改变，为了保持良好的串联和并联电阻以及填充因子，在丝网印刷电极和金属化过程中，要改变烧结区的温度场分布，高温烧结时间减少、温度降低)使之与优化的氮化硅减反射膜相匹配，从而最终得到具有抗PID性能的多晶硅太阳电池产品。具有抗PID性能的多晶硅太阳电池片产品的量产平均转换效率达到17.39%，成品率高、性能好。
[0027]本发明还提供一种组件，将所述多晶硅太阳电池进行封装，制成组件。本发明对多晶硅太阳电池扩散工艺和金属化工艺进行了优化匹配，获得的多晶硅太阳电池产品封装成72片标准组件后进行PID测试(测试条件:60 °C,85% RH,96 hours,-1000V per IEC 62804Ed.1 Draft)，组件功率下降了2.6%，符合产品要求。本发明对多晶硅电池的氮化硅减反射层的结构(包括:膜层厚度、折射率、以及晶化度)进行了设计，并随后优化了电池扩散工艺中的p-n结深度、掺杂浓度，以及后期金属化过程，使之与优化的氮化硅减反射层相匹配，最终得到具有抗PID性能的多晶硅电池产品。封装成72片组件后进行双85测试，功率损失为2.6%，符合TUV规定的PID测试标准。
[0028]综上所述，本发明提供的一种抗PID的氮化硅减反射膜及其制备方法与应用。在技术方面，本发明设计了双层结构的氮化硅减反射膜，使之具有抗PID作用。且对多晶硅太阳电池的扩散工艺、金属化工艺进行了优化和匹配，获得的多晶硅电池产品封装成72片标准组件后进行PID测试，组件功率下降了 2.6%，符合产品要求。具有抗PID性能的多晶硅电池片产品的量产平均转换效率达到17.39%，成品率高、性能好。
[0029]应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种抗PID的氮化硅减反射膜，其特征在于，所述氮化硅减反射膜包括沉积于硅片上的内、外两层氮化硅减反射膜，其中，内层氮化硅减反射膜的折射率为1.8?2.2，外层氮化硅减反射膜的折射率为2.0?2.5。2.根据权利要求1所述的抗PID的氮化硅减反射膜，其特征在于，内层氮化硅减反射膜的厚度为18.5-22.5nm，外层氮化硅减反射膜的厚度为55.5-65.5nm。3.根据权利要求1所述的抗PID的氮化硅减反射膜，其特征在于，内层氮化硅减反射膜的折射率为2.0，外层氮化硅减反射膜的折射率为2.2。4.根据权利要求2所述的抗PID的氮化硅减反射膜，其特征在于，内层氮化硅减反射膜的厚度为20.5nm，外层氮化娃减反射膜的厚度为61.5nm05.—种如权利要求1?4任一所述的抗PID的氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，采用PECVD化学气相沉积技术，使用Centro therm PECVD设备，通过调节Centro therm PECVD设备的气体流量、温度、功率参数，在硅片上依次获得相应折射率的内、外层氮化硅减反射膜。6.根据权利要求5所述的抗PID的氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，调节Centrotherm PECVD设备的SiH4流量为350?450sccm，NH3流量为2?8slm，温度为400?500°C，功率源功率为2500?3000W，功率源频率为10.5-15.5kHz。7.根据权利要求6所述的抗PID的氮化硅减反射膜的制备方法，其特征在于，SiH4流量为.400sccm，NH33流量为5slm，温度为450℃，功率源功率为2800W，功率源频率为12.5kHz。8.—种抗PID的氮化硅减反射膜的应用，其特征在于，将如权利要求1?4任一所述的抗PID的氮化硅减反射膜应用于多晶硅太阳电池中。9.根据权利要求8所述的抗PID的氮化硅减反射膜的应用，其特征在于，将所述多晶硅太阳电池进行封装，制成组件。
【文档编号】H01L31/18GK105826402SQ201610162615
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】班群, 段春艳
【申请人】佛山职业技术学院