一种太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备

摘要

本发明公开了一种太阳能电池用硅片，其包括有硅片本体；所述硅片本体的端面之上依次设置有氧化硅膜层、第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层；本申请中的太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备，其可使得太阳能电池用硅片进行镀膜处理过程中的镀膜效果以及效率得以显著提高，并在上述镀膜工艺以及设备的基础上使得太阳能电池用硅片的膜层结构得以改善，进而使得太阳能电池用硅片的实际工作性能得以进一步的提高。

权利要求

1.一种太阳能电池用硅片，其包括有硅片本体；其特征在于，所述硅片本体的端面之上依次设置有氧化硅膜层、第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层；所述氧化硅膜层、第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的厚度依次递增；所述第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的折射率均大于氧化硅膜层的折射率，且第一氮化硅膜层的折射率至多为氧化硅膜层折射率的2倍，所述第二氮化硅膜层的折射率大于第一氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的折射率；所述氧化硅膜层的厚度为1至3nm，折射率为

1.3至1.6；所述第一氮化硅膜层的厚度为3至6nm，折射率为1.9至2.0；所述第二氮化硅膜层的厚度为15至30nm，折射率为2.1至2.3；第三氮化硅膜层的厚度为30至50nm，折射率为1.9至2.0；所述太阳能电池用硅片的镀膜工艺包括有如下工艺步骤：1）将太阳能电池用硅片置于石墨舟之中，并将石墨舟送入PECVD设备内；控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以笑气流量为0.8至2L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min的工况在太阳能电池用硅片之上进行氧化硅膜层的镀膜处理；2）在步骤1）完成后，控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以氨气流量为5至10L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min，工作压力为1.4至2.0Torr，射频功率为6至

8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第一氮化硅膜层的镀膜处理，第一氮化硅膜层的镀膜处理时间为20至80s；3）在步骤2）完成后，控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以氨气流量为5至10L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min，工作压力为1.4至2.0Torr，射频功率为6至8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第二氮化硅膜层的镀膜处理，第二氮化硅膜层的镀膜处理时间为80至150s；4）在步骤3）完成后，控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以氨气流量为5至10L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min，工作压力为1.4至2.0Torr，射频功率为6至8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第三氮化硅膜层的镀膜处理，第三氮化硅膜层的镀膜处理时间为

400至600s；所述石墨舟包括有多个彼此平行的舟页，多个舟页之间通过陶瓷杆件进行连接；相邻两个舟页之间的间距经由石墨舟的中部向其两侧逐渐增加；每一个舟页之上均设置有多个用于固定太阳能电池用硅片的卡点，每一个卡点均经由舟页的端面向其外部进行延伸，任意一个卡点的表面均设置有SiC镀层。

说明书

一种太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备

技术领域

[0001] 本发明涉及光伏能源领域，尤其是一种太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备。

背景技术

[0002] 在太阳能电池片进行生产过程中硅片是得以广泛采用的材料，通过硅片进行太阳能电池片制备的主要工艺包括有：制绒—扩散—刻蚀—PECVD镀膜—丝网印刷—烧结—测试分档。上述太阳能电池片的制备工艺中，PECVD镀膜的工艺原理为：将装有硅片的石墨舟放置在PECVD真空镀膜腔体内，舟页间产生电场，采用PECVD工艺放电在硅片表面镀上氮化硅膜层。

[0003] 然而，传统工艺中的管式PECVD在实际镀膜过程中均存在舟内镀膜均匀性不佳的现象，主要在于其返工率以及色差率高；上述缺陷限制了硅电池片产能。为进一步解放产能，现有的厂商往往采用提高单产产量以及缩短工艺周期的方式，但如若一味增加石墨舟舟页的数量，其导致舟页间的间距缩小，进而影响了镀膜的均匀性；即使在舟页间的间距较为宽裕的前提下，同一石墨舟内，最外侧舟页镀膜膜厚偏厚，最内侧舟页膜厚偏薄，严重时膜厚差异达到8%以上，以使得镀膜的均匀性亦无法得到控制。另外，随着石墨舟使用次数的增加，石墨舟本身沉积的氮化硅不断增加，使得镀膜效果变差，采用清洗、烘干、饱和石墨舟的方式相对耗时较长，极大地占用了石墨舟正常使用时间。

[0004] 另一方面，通过传统工艺得到的太阳能电池用硅片中的P型光伏组件极易出现PID（Potential-Induced Degradation）现象。随着光伏组件串联数目不断增大，光伏组件承受高电压对地势能也在提高。当系统的一端接地时，距接地端最远的组件将产生较高对地电势接近1000V，在如此高压下将产生漏电流，损失发电功率。为改善以上状况，传统的太阳能电池片之上的膜层往往会采用多层镀膜方式，但膜与膜之间的应力较大，进而极易出现由于薄膜应力集中而导致部分区域出现破裂现象，进而不仅会导致烧结时产生色差现象，也会导致抗钠钙离子迁移能力下降，抗PID效果下降，不能满足抗PID的要求。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备，其可通过改善太阳能电池用硅片之上的膜层结构以及镀膜工艺，以使得太阳能电池用硅片镀膜的效果以及其工作性能得以改善。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明涉及一种太阳能电池用硅片，其包括有硅片本体；所述硅片本体的端面之上依次设置有氧化硅膜层、第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层；所述氧化硅膜层、第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的厚度依次递增；所述第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的折射率均大于氧化硅膜层的折射率，且第一氮化硅膜层的折射率至多为氧化硅膜层折射率的2倍，所述第二氮化硅膜层的折射率大于第一氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的折射率。

[0007] 作为本发明的一种改进，所述氧化硅膜层的厚度为1至3nm，折射率为1.3至1.6；所述第一氮化硅膜层的厚度为3至6nm，折射率为1.9至2.0；所述第二氮化硅膜层的厚度为15至30nm，折射率为2.1至2.3；第三氮化硅膜层的厚度为30至50nm，折射率为1.9至2.0。

[0008] 采用上述技术方案的太阳能电池用硅片，其可通过氧化硅膜层实现防PID的功效，而第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层则可通过其厚度以及折射率的变化，以形成良好的薄膜性能。第一氮化硅膜层在太阳能电池用硅片之中的折射率相对较低，氮化硅膜中的硅含量较少，故其热变系数与氧化硅膜层的热变系数的差值较小，故使得第一氮化硅膜层与氧化硅膜层在后续烧结过程中产生的应力较为缓解，以有效避免相关膜层发生破裂；同时，第一氮化硅膜层的厚度和折射率相对较低，故光线的折损率较小。第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的设置则可通过其较高的厚度与折射率以构成减反射结构，进而增加太阳能电池对于光的吸收效果，致使太阳能电池的效率得以改善。

[0009] 上述太阳能电池用硅片的镀膜工艺包括有如下工艺步骤：

[0010] 1)将太阳能电池用硅片置于石墨舟之中，并将石墨舟送入PECVD设备内；控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以笑气流量为0.8至2L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min的工况在太阳能电池用硅片之上进行氧化硅膜层的镀膜处理；

[0011] 2)在步骤1）完成后，控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以氨气流量为5至10L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min，工作压力为1.4至2.0Torr，射频功率为6至8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第一氮化硅膜层的镀膜处理，第一氮化硅膜层的镀膜处理时间为20至80s；

[0012] 3)在步骤2）完成后，控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以氨气流量为5至10L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min，工作压力为1.4至2.0Torr，射频功率为6至8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第二氮化硅膜层的镀膜处理，第二氮化硅膜层的镀膜处理时间为80至150s；

[0013] 4)在步骤3）完成后，控制PECVD设备内温度为350至500℃，并以氨气流量为5至10L/min，硅烷流量为0.5至1.5L/min，工作压力为1.4至2.0Torr，射频功率为6至8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第三氮化硅膜层的镀膜处理，第三氮化硅膜层的镀膜处理时间为
400至600s。

[0014] 上述太阳能电池用硅片镀膜工艺的镀膜设备包括有石墨舟，所述石墨舟包括有多个彼此平行的舟页，多个舟页之间通过陶瓷杆件进行连接；相邻两个舟页之间的间距经由石墨舟的中部向其两侧逐渐增加。采用上述技术方案，其可通过多个舟页之间的间距设置以有效提高了中间舟页的沉积速率，以降低石墨舟内温度分布不均以对于镀膜效果造成的不良影响，进而提高了整舟内硅片镀膜颜色的一致性。采用上述石墨舟针对硅片进行镀膜处理，其可使得整舟硅片的色差数量降至2.5%以下。

[0015] 作为本发明的一种改进，每一个舟页之上均设置有多个用于固定太阳能电池用硅片的卡点，每一个卡点均经由舟页的端面向其外部进行延伸，任意一个卡点的表面均设置有SiC镀层。采用上述技术方案，其可采用在舟页之上增设卡点的方式以替代传统技术方案中通过打眼实现卡点的结构，并通过卡点之上SiC镀层使得卡点在对于硅片进行固定的同时实现绝缘处理，以将原有的硅片参与导电的方式改为硅片只做为衬底进行镀膜处理，而仅通过舟页进行导电。上述石墨舟的工作方式一方面使得硅片与石墨舟之间的电阻得以增加，以避免硅片作为衬底的同时用做电极而带来的边缘效应，进而提升硅片的沉积效果，减少色差片的产生；另一方面，上述卡点之上的SiC镀层处理使得卡点硬度得以增加，故可有效抵抗磨损，减少更换卡点的频次，进而提高了石墨舟的使用寿命。此外，SiC对于石墨舟清洗过程中使用的氢氟酸具有阻挡作用，进而使其清洗以及烘干效率得以改善。

[0016] 本申请中的太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备，其可使得太阳能电池用硅片进行镀膜处理过程中的镀膜效果以及效率得以显著提高，并在上述镀膜工艺以及设备的基础上使得太阳能电池用硅片的膜层结构得以改善，进而使得太阳能电池用硅片的实际工作性能得以进一步的提高。

附图说明

[0017] 图1为本发明中太阳能电池用硅片示意图；

[0018] 图2为本发明中石墨舟示意图；

[0019] 图3为本发明中石墨舟舟页示意图；

[0020] 附图标记列表：

[0021] 1—硅片本体、2—氧化硅膜层、3—第一氮化硅膜层、4—第二氮化硅膜层、5—第三氮化硅膜层、6—石墨舟、601—舟页、7—陶瓷杆件、8—卡点。

具体实施方式

[0022] 下面结合具体实施方式与附图，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

[0023] 实施例1

[0024] 如图1所示的一种太阳能电池用硅片，其包括有硅片本体1；所述硅片本体1的端面之上依次设置有氧化硅膜层2、第一氮化硅膜层3、第二氮化硅膜层4与第三氮化硅膜层5；所述氧化硅膜层2、第一氮化硅膜层3、第二氮化硅膜层4与第三氮化硅膜层5的厚度依次递增；所述第一氮化硅膜层3、第二氮化硅膜层4与第三氮化硅膜层5的折射率均大于氧化硅膜层2的折射率，且第一氮化硅膜层3的折射率至多为氧化硅膜层2折射率的2倍，所述第二氮化硅膜层4的折射率大于第一氮化硅膜层3与第三氮化硅膜层5的折射率。

[0025] 采用上述技术方案的太阳能电池用硅片，其可通过氧化硅膜层实现防PID的功效，而第一氮化硅膜层、第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层则可通过其厚度以及折射率的变化，以形成良好的薄膜性能。第一氮化硅膜层在太阳能电池用硅片之中的折射率相对较低，氮化硅膜中的硅含量较少，故其热变系数与氧化硅膜层的热变系数的差值较小，故使得第一氮化硅膜层与氧化硅膜层在后续烧结过程中产生的应力较为缓解，以有效避免相关膜层发生破裂；同时，第一氮化硅膜层的厚度和折射率相对较低，故光线的折损率较小。第二氮化硅膜层与第三氮化硅膜层的设置则可通过其较高的厚度与折射率以构成减反射结构，进而增加太阳能电池对于光的吸收效果，致使太阳能电池的效率得以改善。

[0026] 上述太阳能电池用硅片的镀膜工艺包括有如下工艺步骤：

[0027] 1)将太阳能电池用硅片置于石墨舟之中，并将石墨舟送入PECVD设备内；控制PECVD设备内温度为350℃，并以笑气流量为0.8 L/min，硅烷流量为0.5 L/min的工况在太阳能电池用硅片之上进行氧化硅膜层的镀膜处理；

[0028] 2)在步骤1）完成后，控制PECVD设备内温度为350℃，并以氨气流量为5 L/min，硅烷流量为0.5 L/min，工作压力为1.4 Torr，射频功率为6 kW的工况在氧化硅膜层之上进行第一氮化硅膜层的镀膜处理，第一氮化硅膜层的镀膜处理时间为20s；

[0029] 3)在步骤2）完成后，控制PECVD设备内温度为350℃，并以氨气流量为5 L/min，硅烷流量为0.5 L/min，工作压力为1.4 Torr，射频功率为6 kW的工况在氧化硅膜层之上进行第二氮化硅膜层的镀膜处理，第二氮化硅膜层的镀膜处理时间为80 s；

[0030] 4)在步骤3）完成后，控制PECVD设备内温度为350℃，并以氨气流量为5 L/min，硅烷流量为0.5 L/min，工作压力为1.4 Torr，射频功率为6 kW的工况在氧化硅膜层之上进行第三氮化硅膜层的镀膜处理，第三氮化硅膜层的镀膜处理时间为400至600s。

[0031] 如图2所示，上述太阳能电池用硅片镀膜工艺的镀膜设备包括有石墨舟6，所述石墨舟6包括有多个彼此平行的舟页601，多个舟页601之间通过陶瓷杆件7进行连接；相邻两个舟页601之间的间距经由石墨舟6的中部向其两侧逐渐增加。采用上述技术方案，其可通过多个舟页之间的间距设置以有效提高了中间舟页的沉积速率，以降低石墨舟内温度分布不均以对于镀膜效果造成的不良影响，进而提高了整舟内硅片镀膜颜色的一致性。采用上述石墨舟针对硅片进行镀膜处理，其可使得整舟硅片的色差数量降至2.5%以下。

[0032] 如图3所示，作为本发明的一种改进，每一个舟页601之上均设置有多个用于固定太阳能电池用硅片的卡点8，每一个卡点8均经由舟页的端面向其外部进行延伸，任意一个卡点8的表面均设置有SiC镀层。采用上述技术方案，其可采用在舟页之上增设卡点的方式以替代传统技术方案中通过打眼实现卡点的结构，并通过卡点之上SiC镀层使得卡点在对于硅片进行固定的同时实现绝缘处理，以将原有的硅片参与导电的方式改为硅片只做为衬底进行镀膜处理，而仅通过舟页进行导电。上述石墨舟的工作方式一方面使得硅片与石墨舟之间的电阻得以增加，以避免硅片作为衬底的同时用做电极而带来的边缘效应，进而提升硅片的沉积效果，减少色差片的产生；另一方面，上述卡点之上的SiC镀层处理使得卡点硬度得以增加，故可有效抵抗磨损，减少更换卡点的频次，进而提高了石墨舟的使用寿命。此外，SiC对于石墨舟清洗过程中使用的氢氟酸具有阻挡作用，进而使其清洗以及烘干效率得以改善。

[0033] 本申请中的太阳能电池用硅片及其镀膜工艺与镀膜设备，其可使得太阳能电池用硅片进行镀膜处理过程中的镀膜效果以及效率得以显著提高，并在上述镀膜工艺以及设备的基础上使得太阳能电池用硅片的膜层结构得以改善，进而使得太阳能电池用硅片的实际工作性能得以进一步的提高。

[0034] 实施例2

[0035] 所述太阳能电池用硅片的镀膜工艺包括有如下工艺步骤：

[0036] 1)将太阳能电池用硅片置于石墨舟之中，并将石墨舟送入PECVD设备内；控制PECVD设备内温度为500℃，并以笑气流量为2L/min，硅烷流量为1.5L/min的工况在太阳能电池用硅片之上进行氧化硅膜层的镀膜处理；

[0037] 2)在步骤1）完成后，控制PECVD设备内温度为500℃，并以氨气流量为10L/min，硅烷流量为1.5L/min，工作压力为2.0Torr，射频功率为8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第一氮化硅膜层的镀膜处理，第一氮化硅膜层的镀膜处理时间为80s；

[0038] 3)在步骤2）完成后，控制PECVD设备内温度为500℃，并以氨气流量为10L/min，硅烷流量为1.5L/min，工作压力为2.0Torr，射频功率为8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第二氮化硅膜层的镀膜处理，第二氮化硅膜层的镀膜处理时间为150s；

[0039] 4)在步骤3）完成后，控制PECVD设备内温度为500℃，并以氨气流量为10L/min，硅烷流量为1.5L/min，工作压力为2.0Torr，射频功率为8kW的工况在氧化硅膜层之上进行第三氮化硅膜层的镀膜处理，第三氮化硅膜层的镀膜处理时间为600s。

[0040] 本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。

[0041] 实施例3

[0042] 作为本发明的一种改进，所述氧化硅膜层2的厚度为1nm，折射率为1.3；所述第一氮化硅膜层3的厚度为3nm，折射率为1.9；所述第二氮化硅膜层4的厚度为15nm，折射率为2.1；第三氮化硅膜层5的厚度为30 nm，折射率为1.9。

[0043] 本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。

[0044] 实施例4

[0045] 作为本发明的一种改进，所述氧化硅膜层2的厚度为3nm，折射率为1.6；所述第一氮化硅膜层3的厚度为6nm，折射率为2.0；所述第二氮化硅膜层4的厚度为30nm，折射率为2.3；第三氮化硅膜层5的厚度为50nm，折射率为2.0。

[0046] 本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。