CN102903785A - 一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及晶体硅太阳能的制造，具体的说是一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法。通过微波在太阳能电池片上沉积氢化的氮化硅膜层作为转换效率的表面钝化层和减反射层。本发明在形成氮化硅膜层之前通入氢气，并将其电离，对电池片进行钝化，中和悬挂键之后通入前驱气体的混合物，形成具有合适折射率，质量密度，氢浓度的氮化硅层，该氮化硅层可以用作太阳能电池片上的减反射/钝化层。通过基本包含硅烷和氨气的混合物可以在太阳能电池片上形成氮化硅层。将多个电池片放在载板上，并且将载板传输进沉积腔室，以进一步提升产能。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能的制造，具体的说是一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法。
背景技术
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。
电池片包括基区，典型的为P型硅，发射区，典型的为N型硅P-N结区以及介电层。P-N结区布置在太阳能电池片的基区和发射区之间，并且当入射光激发产生电子空穴对。介电层作为太阳能电池片的减反射层，同样用作发射区表面的钝化层。
当电子和空穴发生复合时，其中，电子和空穴运动方向相反，彼此复合。每次电子-空穴对在太阳能电池复合时，载流子消失，由此可以降低太阳能电池的效率。复合可以发生在电池片的本征硅内或者在电池片的表面上。在本征硅内，复合是由于缺陷的数量决定的。在电池片的表面上，复合由悬挂键的数量决定即存在于表面的未饱和悬挂键。因为电池片的硅晶格终止于电池片表面，所以悬挂键也位于电池片的表面。这些未饱和的化学键起着缺陷的作用，并位于硅的能带范围内，并因此成为电子空穴对的复合位置。
通过减少表面复合，电池片的表面钝化可以极大地提高太阳能太阳能电池片的效率。钝化定义为硅晶格表面上的悬挂键的化学终结。为了钝化电池片的表面，在表面上形成介电层。从而将表面上的悬挂键的数量减少3或者4个数量级。对于太阳能电池应用，介电层通常是氮化硅层。大部分悬挂键用硅或者氮原子饱和。因为氮化硅是非晶材料，发射区之间的硅晶格十分匹配，而介电层的非晶结构却失配。因此，在介电层形成后的表面上悬挂键的数量足以显著减少太阳能电池片的效率，这就要求表面的额外钝化，诸如氢钝化。在多晶硅太阳能电池的情况中，氢可以帮助钝化晶界上的缺陷中心。
当介电层是氮化硅层时，通过引入本征介电层中的氢原子的最优浓度。最优氢原子浓度受多个因素影响，包括薄膜性质和沉积介电层的方法，在5％和20％之间变化。在沉积完介电层之后，太阳能电池片进行高温退火工艺，有时称为烧结工艺，和电池片形成金属接触。
众所周知，在本征介电层中的最优氢原子浓度是用于氢原子钝化工艺的关键参数。例如，据估计由于表面缺少氢原子钝化，可以将电池片的效率从大约14-15％将到12-13％。
除了表面钝化以外，可以通过减反射层提高电池片的效率。当光从一种介质进入一种时，或者从玻璃进入硅片时，部分光线会在两种介质之间发生反射。减反射层布置在两种介质之间。因为氮化硅可以用以饱和电池片上的悬挂减，因为其具有可以调整为预定值的折射率。氮化硅用作减反射层和钝化层。在电池片上沉积氮化硅的问题包括产能过低和不良的薄膜均一性。氮化硅沉积系统的产能过低最终增加太阳能电池片成本。片间的薄膜性质不均一性可能降低影响太阳能电池片的效率。
发明内容
本发明提供一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法：通过微波在太阳能电池片上沉积氢化的氮化硅膜层作为转换效率的表面钝化层和减反射层。
将太阳能电池片置于工艺腔内，先通入100-4000sccm的氢气作为钝化气体，通过微波产生等离子体，再通入100-5000sccm的NH3和200-2000sccm的SiH4作为前驱气体，利用微波将其电离，腔室内保持30Pa的气压，微波功率密度0.54W/cm2，在基片上沉积氮化硅膜层。
所述通入的钝化气体的流量大于或等于前驱气体流量。所述氢化的氮化硅膜层中含有5％-15％的氢，质量密度为2.6g/cm3-2.8g/cm3，折射率为2.0-2.2。
本发明所具有的优点：
本发明采用增氢钝化的方法在太阳能电池片沉积氮化硅并将其用作高质量的表面钝化层和减反射层。氮化硅层可以具有合适的折射率，疏密度和氢浓度以便该层用作在电池片上的减反射层。
本发明在形成氮化硅膜层之前通入氢气，并将其电离，对电池片进行钝化，中和悬挂键之后通入前驱气体的混合物，形成具有合适折射率，质量密度，氢浓度的氮化硅层，该氮化硅层可以用作太阳能电池片上的减反射/钝化层。通过基本包含硅烷和氨气的混合物可以在太阳能电池片上形成氮化硅层。将多个电池片放在载板上，并且将载板传输进沉积腔室，以进一步提升产能。
具体实施方式
采用PECVD系统处理大面积电池片的系统可以以高速沉积均一的氢化的SiN层。一个或者更多电池片沉积位于等离子腔中两个基本平行的电极。腔室分布基板用作第一电极而腔室电池片支撑作为第二电极。前驱气体混合物通入腔室，通过电极中的一个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。本发明操作时可以一次沉积36个电池片。
实施例1
在装载台上放置36片太阳能电池片，通过内传输系统的传输带，工艺腔工位传输速度为80cm/min，先通入4000sccm作为钝化气体的氢气，通过微波产生等离子体，微波功率3300W，沉积压力30Pa，沉积温度450℃，使用氢钝化提高膜层的质量密度，而后再通入2500sccm的NH3和1000sccm的SiH4作为前驱气体，利用频率为2.45GHz的微波将其电离，同时在腔室内保持30Pa的气压，进而使其在基片上沉积氢化的氮化硅膜层作为太阳能电池片上钝化和减反射层。沉积的SiN层的氢浓度可以具有用于减反射/钝化层合适薄膜性质。
测定沉积的SiN层的质量密度为2.6-2.8g/cm3，折射率在2.0-2.2，氢浓度在大约5％-15％。
另外，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。
经实验测得膜层的氢含量可以达到25％或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，通过少子寿命的衰减可以得出，载流子的复合速率加快，表征了表面或者体材料的钝化效果的定性测量，因此，大大降低了太阳能的效率。
实施例2
在装载台上放置太阳能电池片，通过内传输系统，工艺腔工位80cm/min其他工位传输带速1560cm/min，，先通入3500sccm的氢气作为钝化气体，可以通过微波产生等离子体，再通入500sccm的NH3和2800sccm的SiH4作为前驱气体，利用频率为2.45GHz的微波将其电离，在基片上沉积氮化硅膜层。
实施例3
在装载台上放置太阳能电池片，通过内传输系统，工艺腔传输工位80cm/min，其他传输工位带速1560cm/min，先通入5000sccm的氢气作为钝化气体，可以通过微波产生等离子体，工艺气压30Pa再通入35000sccm的NH3和1000sccm的SiH4作为前驱气体，利用频率为2.45GHz的微波将其电离，在基片上沉积氮化硅膜层。
Claims (4)
1.一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法，其特征在于：通过微波在太阳能电池片上沉积氢化的氮化硅膜层作为转换效率的表面钝化层和减反射层。
2.按权利要求1所述的采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法，其特征在于：将太阳能电池片置于工艺腔内，先通入100-4000sccm的氢气作为钝化气体，通过微波产生等离子体，再通入100-5000sccm的NH3和200-2000sccm的SiH4作为前驱气体，利用微波将其电离，腔室内保持30Pa的气压，微波功率密度0.54W/cm2，在基片上沉积氮化硅膜层。
3.按权利要求1所述的采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法，其特征在于：所述通入的钝化气体的流量大于或等于前驱气体流量。
4.按权利要求1所述的采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法，其特征在于：所述氢化的氮化硅膜层中含有5％-15％的氢，质量密度为2.6g/cm3-2.8g/cm3，折射率为2.0-2.2。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130130 |