專(zhuān)利名稱(chēng)：晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)方法，尤其是實(shí)現(xiàn)晶體硅太陽(yáng)能電池各 種色彩氮化硅膜的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前成熟商業(yè)化生產(chǎn)的晶體硅太陽(yáng)能電池的基本工藝流程為去除硅面表面損 傷，形成減反射表面結(jié)構(gòu)及化學(xué)清洗一在P0CL3氣氛中進(jìn)行擴(kuò)散一去除周邊PN節(jié)一表面鈍 化及淀積減反射層一絲網(wǎng)印刷正、背面電極及背表面場(chǎng)一燒結(jié)形成歐姆接觸一測(cè)試分檔。 這種商業(yè)化生產(chǎn)晶體硅太陽(yáng)能電池的工藝，具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備自動(dòng)化程度較高、易于規(guī)模 化生產(chǎn)的特點(diǎn)，從而能夠降低成本，使晶體硅太陽(yáng)能電池迅速走向工業(yè)化生產(chǎn)。晶體硅太陽(yáng) 能電池占據(jù)了光伏市場(chǎng)90%以上的份額，進(jìn)一步提高效率、降低成本是國(guó)內(nèi)外晶體硅太陽(yáng) 能電池研究領(lǐng)域的基本目標(biāo)。近年來(lái)，小面積單晶硅和多晶硅電池的實(shí)驗(yàn)室效率分別已達(dá) 到26%和20%。但這些高效電池的制備工藝過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)化的要求。在產(chǎn)業(yè)領(lǐng) 域、常規(guī)單晶硅電池的效率為16% 18%，多晶硅電池的效率為15 17%。光照射到平面的硅片上，其中一部分被反射，即使對(duì)絨面的硅表面，由于入射光產(chǎn) 生多次反射而增加了吸收，但也有約10%的反射損失。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大大 降低光的反射。在晶體硅表面鈍化淀積減反射膜技術(shù)中，氮化硅薄膜具有高絕緣性、化學(xué)穩(wěn) 定好、致密性好、硬度高等特點(diǎn)。在晶體硅太陽(yáng)能電池制造過(guò)程中，制備氮化硅薄膜通常采 用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)法，它的生成化學(xué)反應(yīng)如下3SiH4+4NH3-Si3N4+12H2實(shí)驗(yàn)表明，不同工藝參數(shù)對(duì)氮化硅薄膜的結(jié)構(gòu)、密度、折射率、介電常數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定 性能等有很大的影響。這些參數(shù)包括淀積溫度、反應(yīng)氣體比例、射頻頻率及射頻功率、反應(yīng) 環(huán)境壓力。為了提高生成膜的質(zhì)量，需要對(duì)襯底加溫。這樣可使成膜在達(dá)到襯底后具有一 定的表面遷移能力，在位能最低的位置結(jié)合到襯底上去，使所形成薄膜內(nèi)應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)致 密，具有良好的鈍化性能。溫度對(duì)淀積速率的影響較小，但對(duì)氮化硅薄膜的物化性質(zhì)影響 很大，溫度升高時(shí)，薄膜的密度和折射率直線(xiàn)上升，同時(shí)會(huì)提高襯底表面原子的活性和遷移 率，使襯底表面反應(yīng)增強(qiáng)，過(guò)剩的硅原子減少，膜的含H量降低。Si/N比下降，改進(jìn)了化學(xué) 組分。射頻頻率和射頻功率是影響氮化硅薄膜生長(zhǎng)的重要因素。在低頻下等離子體離化度 較高，離子轟擊效果明顯，薄膜淀積速度較低；高頻下，離子轟擊作用較弱。當(dāng)射頻功率較小 時(shí)，氣體尚不能充分電離，激活效率低，反應(yīng)物濃度小，薄膜針孔多且均勻性較差，抗腐蝕性 能差；當(dāng)射頻功率增大時(shí)，氣體激活效率提高，反應(yīng)物濃度增大，生長(zhǎng)的氮化硅薄膜結(jié)構(gòu)致 密。射頻功率不能過(guò)大，否則淀積速率過(guò)快，使膜的均勻性下降，結(jié)構(gòu)疏松，針孔密度增大， 鈍化性能退化。SiH4/NH3流量比對(duì)淀積速率、膜的組分及物化性質(zhì)均有很大影響。當(dāng)SiH4/ NH3過(guò)低，淀積的氮化硅薄膜折射率偏高，生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力問(wèn)題更為突出，因而，生成 的氮化硅薄膜越厚，薄膜的龜裂現(xiàn)象越易發(fā)生。當(dāng)比例過(guò)高時(shí)，薄膜中的氫含量就高，嚴(yán)重 影響了器件的可靠性。淀積期間反應(yīng)室內(nèi)氣體壓強(qiáng)對(duì)淀積有一定的影響，增大反應(yīng)室壓強(qiáng)
4時(shí)，淀積速率增大。反應(yīng)室壓強(qiáng)的選擇通常要保證等離子體在特定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器保持穩(wěn)定 的輝光放電?，F(xiàn)有的單晶晶體硅太陽(yáng)能電池通常采用單一的鍍膜工藝，氮化硅膜厚度在70-80 納米，折射率在2.0左右。這樣的鍍膜工藝生產(chǎn)的電池在陽(yáng)光下呈現(xiàn)出藍(lán)色，顯然限制了太 陽(yáng)能電池外觀(guān)的多樣性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有工藝存在的缺陷，提出一種晶體硅太陽(yáng)能 電池各色氮化硅膜制備方法，該方法可在不影響電池轉(zhuǎn)化效率的前提下可制備出不同顏色 太陽(yáng)能電池，并適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法為，采用常 規(guī)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)法和設(shè)備，在硅片表面淀積氮化硅膜；其技術(shù)特征 是，采用電阻率為0. 2歐姆/厘米-30歐姆/厘米的P型硅片做襯底，根據(jù)氮化硅膜的比色 表，在既有的襯底溫度和射頻功率下，通過(guò)調(diào)整SiH4/NH3流量比，控制射頻放電頻率，控制 反應(yīng)室壓強(qiáng)，控制淀積時(shí)間，形成不同顏色的氮化硅薄膜。以下對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。所述不同顏色為已有氮化硅膜的比色表的棕色、金褐色、紅色、灰藍(lán)色、黃色或藍(lán) 綠色，或其它可通過(guò)本發(fā)明工藝實(shí)現(xiàn)的顏色中的一種。本發(fā)明中，在淀積氮化硅膜前，硅片表面最好經(jīng)過(guò)常規(guī)清洗、擴(kuò)散、刻蝕去邊、去除 表面氧化層處理。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述淀積氮化硅膜的方法包括將所述硅片放入常規(guī)PECVD 設(shè)備的爐管加熱(進(jìn)行整體熱處理)，襯底加熱溫度100°c -500°c，射頻功率調(diào)整到 1000W-5000W;為防止反應(yīng)區(qū)下游反應(yīng)氣體因耗盡而降低淀積速率，采用較大的氣體流量 500mL/min-10000mL/min范圍；根據(jù)鍍膜顏色的不同要求，SiH4與NH3的體積流量比在 1 5-15 (SiH4 NH3 = 1 5-15)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，在反應(yīng)過(guò)程中可通過(guò)調(diào)整尾氣抽取速 度而控制反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)在50Pa-500Pa，控制射頻放電頻率為20KHz_50KHz，淀積時(shí)間60 秒-2000秒。本發(fā)明方法是經(jīng)過(guò)深入理論分析和大量而反復(fù)的試驗(yàn)才獲得的，通過(guò)科學(xué)而優(yōu)化 地調(diào)整SiH4/NH3流量比、控制射頻放電頻率、控制反應(yīng)室壓強(qiáng)、控制淀積時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了氮化 硅膜生長(zhǎng)的均勻性控制，防止膜結(jié)構(gòu)疏松，針孔密度增大，把折射率控制在理想范圍內(nèi)，從 而得到理想顏色的電池。由以上可知，本發(fā)明為晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，該方法可在不 影響電池轉(zhuǎn)化效率的前提下可制備出不同顏色太陽(yáng)能光伏電池，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能光伏電池顏 色的多樣化，并適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 選擇電阻率為0.2歐姆/厘米-30歐姆/厘米P型單晶硅片，晶面為 (100)，工藝過(guò)程如下(1)硅片預(yù)處理步驟
a.去除硅片表面損傷，形成減反射表面結(jié)構(gòu)及化學(xué)清洗；b.在P0CL3氣氛中進(jìn)行擴(kuò)散；c.去除硅片周邊PN節(jié)，清洗去除表面磷硅玻璃；(2)在晶體硅擴(kuò)散面用PECVD法淀積氮化硅薄膜，鍍膜工藝過(guò)程為將硅片非擴(kuò)散面緊貼石墨舟放入PECVD設(shè)備爐管，將爐管加熱到一定溫度，調(diào)整 淀積的射頻功率，預(yù)熱2分鐘后，按設(shè)定體積流量比通入NH3，調(diào)整抽氣閥門(mén)開(kāi)度，將 反應(yīng)室壓力調(diào)整到預(yù)定值，調(diào)整射頻功率放電的頻率，控制淀積時(shí)間，得到表面顏色(氮化 硅膜顏色)呈現(xiàn)棕色的電池片；其中爐管加熱溫度(襯底溫度):200°C -400°C淀積射頻功率1000W-3500WSiH4 與 NH3 體積流量比1 5_6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反應(yīng)室壓強(qiáng)80Pa_120Pa射頻放電的頻率30KHz-35KHz淀積時(shí)間200秒-500秒(3)絲網(wǎng)印刷背面電極，烘干，絲網(wǎng)印刷正面電極，燒結(jié)。實(shí)施例2 氮化硅膜顏色為金褐色的電池片淀積工藝爐管加熱溫度(襯底溫度):200°C -400°C淀積射頻功率1000W-3500WSiH4 與 NH3 體積流量比1 5_6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反應(yīng)室壓強(qiáng)130Pa_160Pa射頻放電的頻率30KHz-35KHz淀積時(shí)間510秒-700秒其它工藝條件、方法、設(shè)備等同實(shí)施例1。實(shí)施例3 氮化硅膜顏色為紅色的電池片淀積工藝爐管加熱溫度(襯底溫度):200°C -500°C淀積射頻功率2000W-3500WSiH4 與 NH3 體積流量比1 6_8(即 SiH4 NH3 = 1 6-8)反應(yīng)室壓強(qiáng)165Pa_180Pa射頻放電的頻率36KHz_45KHz淀積時(shí)間710秒-750秒實(shí)施例4 氮化硅膜顏色為灰藍(lán)色的電池片淀積工藝爐管加熱溫度(襯底溫度):200°C -400°C淀積射頻功率1000W-5000WSiH4 與 NH3 體積流量比1 6_8(即 SiH4 NH3 = 1 6-8)反應(yīng)室壓強(qiáng)185Pa-200Pa射頻放電的頻率36KHz_45KHz淀積時(shí)間800秒-1000秒實(shí)施例5 氮化硅膜顏色為黃色的電池片淀積工藝爐管加熱溫度(襯底溫度)200°C -400°C
淀積射頻功率1000W-5000WSiH4 與 NH3 體積流量比1 5-6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反應(yīng)室壓強(qiáng)205Pa_210Pa射頻放電的頻率36KHz_45KHz淀積時(shí)間1200秒-1600秒其它工藝條件、方法、設(shè)備等同實(shí)施例1。實(shí)施例6 氮化硅膜顏色為藍(lán)綠色的電池片淀積工藝爐管加熱溫度(襯底溫度):200°C -400°C淀積射頻功率1000W-5000WSiH4 與 NH3 體積流量比1 5_6(即 SiH4 NH3 = 1 5-6)反應(yīng)室壓強(qiáng)215Pa_250Pa射頻放電的頻率36KHz_45KHz淀積時(shí)間1650秒-2000秒其它工藝條件、方法、設(shè)備等同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
一種晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，采用常規(guī)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)法和設(shè)備，在硅片表面淀積氮化硅膜，其特征是，采用電阻率為0.2歐姆/厘米-30歐姆/厘米的P型硅片做襯底，根據(jù)氮化硅膜的比色表，在既有的襯底溫度和射頻功率下，通過(guò)調(diào)整SiH4/NH3流量比，控制射頻放電頻率，控制反應(yīng)室壓強(qiáng)，控制淀積時(shí)間，形成不同顏色的氮化硅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，襯底加 熱溫度 100°C _500°C，射頻功率 1000W-5000W ；氣體流量 500mL/min-10000mL/min ；SiH4 與 NH3的體積流量比為1 5-15，反應(yīng)室壓強(qiáng)在50Pa-500Pa，射頻放電頻率20KHz_50KHz，淀 積時(shí)間60秒-2000秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，生成 棕色氮化硅膜的工藝條件為爐管加熱溫度200°C -400°C 淀積射頻功率1000W-3500W SiH4與NH3體積流量比1 5-6 反應(yīng)室壓強(qiáng)80Pa_120Pa 射頻放電的頻率30KHz-35KHz 淀積時(shí)間200秒-500秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，生成 金褐色氮化硅膜的工藝條件為爐管加熱溫度200°C -400°C 淀積射頻功率1000W-3500W SiH4與NH3體積流量比1 5-6 反應(yīng)室壓強(qiáng)130Pa-160Pa 射頻放電的頻率30KHz-35KHz 淀積時(shí)間:510秒-700秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，生成 紅色氮化硅膜的工藝條件為爐管加熱溫度200°C -500°C 淀積射頻功率2000W-3500W SiH4與NH3體積流量比1 6-8 反應(yīng)室壓強(qiáng)165Pa_180Pa 射頻放電的頻率36KHz-45KHz 淀積時(shí)間710秒-750秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，生成 灰藍(lán)色氮化硅膜的工藝條件為爐管加熱溫度200°C -400°C 淀積射頻功率1000W-5000W SiH4與NH3體積流量比1 6-8 反應(yīng)室壓強(qiáng)185Pa_200Pa射頻放電的頻率36KHz-45KHz 淀積時(shí)間800秒-1000秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，生成 黃色氮化硅膜的工藝條件為爐管加熱溫度200°C -400°C 淀積射頻功率1000W-5000W SiH4與NH3體積流量比1 5-6 反應(yīng)室壓強(qiáng)205Pa_210Pa 射頻放電的頻率36KHz-45KHz 淀積時(shí)間1200秒-1600秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，生成 藍(lán)綠色氮化硅膜的工藝條件為爐管加熱溫度200°C -400°C 淀積射頻功率1000W-5000WSiH4 與 NH3 體積流量比1 5-6 (即 SiH4 NH3 = 1 5-9) 反應(yīng)室壓強(qiáng)215Pa_250Pa 射頻放電的頻率36KHz-45KHz 淀積時(shí)間1650秒-2000秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶體硅太陽(yáng)能電池各色氮化硅膜制備方法，其特征是，在硅片 表面淀積氮化硅膜之前，對(duì)硅片表面進(jìn)行常規(guī)清洗、擴(kuò)散、刻蝕去邊、去除表面氧化層處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)晶體硅太陽(yáng)能電池各種色彩氮化硅膜的生產(chǎn)方法，該方法使用常規(guī)管式PECVD設(shè)備，在既定的襯底溫度和射頻功率下，調(diào)整SiH4/NH3流量比，控制射頻放電頻率，控制反應(yīng)室壓強(qiáng)及淀積時(shí)間，在硅片上均勻淀積各種顏色氮化硅薄膜。方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，無(wú)污染，適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101834225SQ20101014639
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者劉賢金, 周大良, 周小榮 申請(qǐng)人:湖南紅太陽(yáng)新能源科技有限公司