三層氮化矽減反射膜工藝

2020-11-22 北極星太陽能光伏網

北極星太陽能光伏網訊:摘要:本文研究了通過等離子氣相沉積(PECVD)在多晶矽片上製作三層氮化矽減反射膜層,設計的折射率逐漸減小的三層氮化矽膜層能更好的鈍化多晶矽片的體表面和減小光的反射,提高了多晶太陽電池的開路電壓和短路電流,從而有效的提高了多晶太陽電池的光電轉換效率。

氮化矽薄膜作為表面介質層在傳統晶矽太陽電池製造中被廣泛應用,它能夠很好地鈍化多晶矽片表面及體內的缺陷和減少入射光的反射。氮化矽膜層中矽的含量增高,折射率和消光係數均相應增高,隨之氮化矽對光的吸收就會增強,所以高折射率、高消光係數的薄膜不適合作為減反膜,但是相應地增加矽的含量,表面鈍化作用呈現增強趨勢[1]。為了兼顧氮化矽膜層的鈍化和減反射效果,對於多晶太陽電池普遍採用雙層氮化矽膜的減反射膜層,即先澱積一層高折射率的氮化矽可以更好地鈍化太陽電池的表面,然後生長低折射率的氮化矽用於降低表面反射率,從而有效的提高了太陽電池的光電轉換效率。理論上採用多層氮化矽減反射膜層通過不斷降低折射率,能夠更好的鈍化太陽電池表面和降低表面反射率[2]。本文研究的是利用PECVD製作三層氮化矽膜以及其對多晶太陽電池的影響。

1實驗

本實驗採用156×156多晶矽片,電阻率1～3Ω˙cm,厚度180um的P型矽片,所有矽片除PECVD工藝外,其它都經過相同的處理過程。首先矽片經過HF和HNO3的混合溶液進行制絨,然後經過820℃～870℃的POCl3擴散,接著進行溼法刻蝕去背結。再經過管式PECVD製作氮化矽減反射膜,PECVD過程中分別採用傳統雙層膜工藝和本文設計的三層膜工藝各做一組實驗,採用Sentech的SE400測試監控氮化矽膜的折射率以及厚度。傳統雙層氮化矽膜工藝:第一層膜(與矽表面接觸的那一層)折射率為2.3左右,厚度為30nm,第二層膜折射率為2.0左右,厚度為55nm;本文設計的三層膜結構為第一層膜折射率為2.35以上,厚度為10nm,第二層氮化矽薄膜的折射率為2.15左右,厚度為25nm,第三層氮化矽薄膜的折射率為2.0以內,厚度為50nm。

PECVD鍍完膜厚,通過反射率測試儀分別對採用雙層和三層氮化矽膜工藝的實驗片在波長300～1200nm之間進行反射率測試,用WT2000少子壽命測試儀分別對採用雙層和三層氮化矽膜工藝的實驗片進行少子壽命抽測,抽測樣片數量為實驗總片數的10%。最後經過絲網印刷製作背電場及前後電極並進行燒結做成電池片,在光照AM1.5,溫度25℃的條件分別測試兩組實驗片的電性能。

2結果與討論

通過反射率測試儀分別採用雙層氮化矽膜和三層氮化矽膜工藝所做實驗片進行反射率測試,波長選擇300～1200nm,反射率曲線如圖1所示。可以看出在短波部分(300～500nm)三層氮化矽比雙層氮化矽膜具有更低的反射率。可能是由於折射率從矽片表層向外逐漸遞減三層氮化矽膜,能使入射的太陽光在內部多次反射和幹涉,更大程度的增加了入射光的吸收,達到更好的減反射效果。

通過WT2000少子壽命測試儀對雙層氮化矽膜和三層氮化矽膜兩種鍍膜工藝所做實驗片鍍膜前後的少子壽命進行監測,抽測樣片數量為實驗總片數的10%,並計算出鍍膜前後少子壽命的增加量,根據統計發現三層氮化矽膜鍍膜前後的少子壽命增加量比雙層氮化矽膜的高。採用雙層氮化矽膜工藝的實驗片的少子壽命增加量的平均值為7.2us,採用三層氮化矽膜工藝的實驗片少子壽命的增加量平均值為12.7us。分析原因應該是由於三層氮化矽膜底層的氮化矽膜層(即與矽片表面接觸的那層氮化矽膜層)對矽片表面鈍化和體內鈍化的更好,所以鍍膜前後的少子壽命增加量比較大,少子壽命的提升有利於太陽電池開路電壓的提高。

將雙層和三層氮化矽膜所做的太陽電池分別進行電性能測試,結果見表1。從表1中看出,三層膜的太陽電池的開路電壓比雙層膜的提高2mV,另外三層膜太陽電池的短路電流也比雙層膜的提高了0.05A。分析原因開路電壓的提高應該與三層氮化矽膜的少子壽命高於雙層膜,鈍化效果較好有關;而短路電流的提升主要是由於三層膜的實驗片短波部分反射率較雙層膜的低,從而增加了光的吸收,所以短路電流略有提高。開路電壓與短路電流的提升,最終使三層氮化矽膜多晶太陽電池比傳統雙層膜的光電轉換效率提高了0.15%。

3結論

在太陽電池的產業化中利用PECVD對多晶矽片進行沉積氮化矽減反射膜,採用三層氮化矽膜工藝能更好的整合氮化矽膜層的減反射效果與體表面的鈍化效果。更高的底層折射率的氮化矽膜具有更好的體表面鈍化效果,可以進一步提高太陽電池的開路電壓,折射率逐漸降低的三層氮化矽膜層能更好的降低太陽電池短波部分的反射率,提高太陽電池的短路電流,批量實驗表明三層氮化矽膜的多晶太陽電池轉換效率較雙層膜的有所提升,所以多晶太陽電池採用三層氮化矽減反射膜比雙層氮化矽減反射膜更有利於提高太陽電池的光電轉換效率。

參考文獻

[1]王曉泉,汪雷,席珍強,等.PECVD澱積氮化矽薄膜性質研究[J].太陽能學報,2004年03期.

[2]毛贛如,原小傑.等離子體增強CVD氮化矽作矽太陽電池的減反射膜[J].太陽能學報,1988(3):286-290.

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