[发明专利]晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的生产方法，尤其是实现晶体硅太阳能电池各种色彩氮化硅膜的生产方法。

背景技术

目前成熟商业化生产的晶体硅太阳能电池的基本工艺流程为：去除硅面表面损伤，形成减反射表面结构及化学清洗→在POCL₃气氛中进行扩散→去除周边PN节→表面钝化及淀积减反射层→丝网印刷正、背面电极及背表面场→烧结形成欧姆接触→测试分档。这种商业化生产晶体硅太阳能电池的工艺，具有工艺简单、设备自动化程度较高、易于规模化生产的特点，从而能够降低成本，使晶体硅太阳能电池迅速走向工业化生产。晶体硅太阳能电池占据了光伏市场90％以上的份额，进一步提高效率、降低成本是国内外晶体硅太阳能电池研究领域的基本目标。近年来，小面积单晶硅和多晶硅电池的实验室效率分别已达到26％和20％。但这些高效电池的制备工艺过于复杂，无法满足产业化的要求。在产业领域、常规单晶硅电池的效率为16％～18％，多晶硅电池的效率为15～17％。

光照射到平面的硅片上，其中一部分被反射，即使对绒面的硅表面，由于入射光产生多次反射而增加了吸收，但也有约10％的反射损失。在其上覆盖一层减反射膜层，可大大降低光的反射。在晶体硅表面钝化淀积减反射膜技术中，氮化硅薄膜具有高绝缘性、化学稳定好、致密性好、硬度高等特点。在晶体硅太阳能电池制造过程中，制备氮化硅薄膜通常采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)法，它的生成化学反应如下：

3SiH₄+4NH₃-Si₃N₄+12H₂

实验表明，不同工艺参数对氮化硅薄膜的结构、密度、折射率、介电常数、化学稳定性能等有很大的影响。这些参数包括淀积温度、反应气体比例、射频频率及射频功率、反应环境压力。为了提高生成膜的质量，需要对衬底加温。这样可使成膜在达到衬底后具有一定的表面迁移能力，在位能最低的位置结合到衬底上去，使所形成薄膜内应力较小，结构致密，具有良好的钝化性能。温度对淀积速率的影响较小，但对氮化硅薄膜的物化性质影响很大，温度升高时，薄膜的密度和折射率直线上升，同时会提高衬底表面原子的活性和迁移率，使衬底表面反应增强，过剩的硅原子减少，膜的含H量降低。Si/N比下降，改进了化学组分。射频频率和射频功率是影响氮化硅薄膜生长的重要因素。在低频下等离子体离化度较高，离子轰击效果明显，薄膜淀积速度较低；高频下，离子轰击作用较弱。当射频功率较小时，气体尚不能充分电离，激活效率低，反应物浓度小，薄膜针孔多且均匀性较差，抗腐蚀性能差；当射频功率增大时，气体激活效率提高，反应物浓度增大，生长的氮化硅薄膜结构致密。射频功率不能过大，否则淀积速率过快，使膜的均匀性下降，结构疏松，针孔密度增大，钝化性能退化。SiH₄/NH₃流量比对淀积速率、膜的组分及物化性质均有很大影响。当SiH₄/NH₃过低，淀积的氮化硅薄膜折射率偏高，生长过程中产生的应力问题更为突出，因而，生成的氮化硅薄膜越厚，薄膜的龟裂现象越易发生。当比例过高时，薄膜中的氢含量就高，严重影响了器件的可靠性。淀积期间反应室内气体压强对淀积有一定的影响，增大反应室压强时，淀积速率增大。反应室压强的选择通常要保证等离子体在特定结构的反应器保持稳定的辉光放电。

现有的单晶晶体硅太阳能电池通常采用单一的镀膜工艺，氮化硅膜厚度在70-80纳米，折射率在2.0左右。这样的镀膜工艺生产的电池在阳光下呈现出蓝色，显然限制了太阳能电池外观的多样性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有工艺存在的缺陷，提出一种晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法，该方法可在不影响电池转化效率的前提下可制备出不同颜色太阳能电池，并适用于产业化生产。

本发明的技术方案是，所述晶体硅太阳能电池各色氮化硅膜制备方法为，采用常规等离子体增强化学气相淀积(PECVD)法和设备，在硅片表面淀积氮化硅膜；其技术特征是，采用电阻率为0.2欧姆/厘米-30欧姆/厘米的P型硅片做衬底，根据氮化硅膜的比色表，在既有的衬底温度和射频功率下，通过调整SiH₄/NH₃流量比，控制射频放电频率，控制反应室压强，控制淀积时间，形成不同颜色的氮化硅薄膜。

以下对本发明做出进一步说明。