太阳能电池正面钝化膜层的制作方法

1.本实用新型属于太阳能电池生产制造技术领域，尤其涉及太阳能电池正面钝化膜层。


背景技术：

2.太阳能电池在发电领域具有巨大潜力，而采用晶体硅制造的太阳能电池是未来几年光伏行业的主流技术。在规模生产中常采用在硅片表面沉积减反射膜的方式来增加光的利用率，进而提升电池转化效率。其中，采用等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)技术制备得到的膜层均匀性好，致密性高，并且可以通过调节特气类型及流量等制备出不同的膜层结构，是太阳能电池制备过程中采用的主要镀膜方式。
3.大多数的太阳能电池正面钝化膜层均采用氮化硅膜层，氮化硅膜层具有良好的介电特性(介电常数低、损耗低)、高绝缘性和高致密性的氮化硅，对杂质离子有很好的阻挡能力，然而氮化硅膜层的光学反射率较高，很难将其降至2.0以下，并且氮化硅膜层与硅基底结合界面态高和消光特性可能会限制电池效率的进一步提升。目前，氮氧化硅膜层在太阳能电池中的应用可以降低氮化硅膜层的光学反射率，但是其钝化效果较差，从而限制氮氧化硅膜层的厚度的增大。
4.cn106449788a公开了一种晶硅电池多层减反膜，所述减反膜沉积于晶硅电池n型面，所述减反膜由下而上依次包括：氧化硅膜、第一氮化硅膜、第二氮化硅膜、第三氮化硅膜、第四氮化硅膜和二氧化锆阻挡层，该晶硅电池多层减反膜具有短波响应快，透光性好，并且二氧化锆阻挡层的存在提高了晶硅电池的抗电势诱导衰减性能。
5.cn110391304a公开了一种太阳能电池多层减反射渐变膜及其制备工艺，所述太阳能电池多层减反射渐变膜包括由下至上依次设置的第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜、第一氮氧化硅薄膜、第二氮氧化硅薄膜和氧化硅薄膜，且各薄膜的折射率由下至上逐层降低。该太阳能电池多层减反射渐变膜中氮氧化硅膜层厚度均为3～15nm，才能在降低太阳能正面反射率的同时，保证良好的钝化效果。
6.cn106549065a公开了一种低反射率膜层结构，包括硅片，所述硅片的正面有正面绒面，所述正面绒面上由下至上依次设有非晶硅膜层、底层高折射率膜层、中间高折射率膜层和表面渐变膜层，所述表面渐变膜层上设有表面低折射率膜层。其中，表面低折射率膜层为二氧化硅层、氮氧化硅层或二氧化硅层，并且其厚度仅为5～10nm。该低反射率膜层通过非晶硅膜层、底层高折射率膜层、中间高折射率膜层和表面渐变膜层共同配合降低反射率，提高电池转换效率。
7.上述文献均有效降低了太阳能电池正面钝化膜的反射率，但是均未解决在氮氧化硅膜层厚度较大的情况下，保证氮氧化硅膜层优异的钝化效果，从而限制了太阳能电池正面钝化膜反射率的进一步降低。因此，急需开发一种新型的太阳能电池正面钝化膜层结构。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供太阳能电池正面钝化膜层，在氮氧化硅膜层厚度较大的情况下，不仅能够保证优异的钝化效果，还可以降低太阳能电池正面钝化膜层反射率，从而降低电池和组件的光学反射率。此外，采用本实用新型中的太阳能电池正面钝化膜层制备得到的电池和组件颜色更深且更加均匀，吸收阳光的效率更高，从而电池和组件的效率及功率更高。
9.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
10.本实用新型提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底，所述硅基底的表面依次层叠有第一氮化硅层、第二氮化硅层和氮氧化硅层，所述第一氮化硅层、第二氮化硅层和氮氧化硅层的折射率逐级降低。
11.所述氮氧化硅层的厚度为40～60nm，例如可以是40nm、42nm、44nm、46nm、48nm、50nm、52nm、54nm、56nm、58nm或60nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12.本实用新型在钝化膜层的最外层镀上厚度较大且折射率较低的氮氧化硅层，同时通过工艺优化(特气流量比例及功率变化)，提高了氮氧化硅层的钝化性能，并且第一氮化硅层、第二氮化硅层和氮氧化硅层的折射率逐级降低，解决了现有太阳能正面钝化层之间折射率差距较大，导致光学失配造成光损失的问题，从而得到的太阳能正面钝化层的钝化性能优异，并且光学发射率更低。
13.本实用新型提供的太阳能电池正面钝化膜层，在氮氧化硅膜层厚度较大的情况下，不仅能够保证优异的钝化效果，还可以降低太阳能电池正面钝化膜层反射率，从而降低电池和组件的光学反射率。此外，采用本实用新型中的太阳能电池正面钝化膜层制备得到的电池和组件颜色更深且更加均匀，吸收阳光的效率更高，从而电池和组件的效率及功率更高。
14.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述氮氧化硅层的折射率为1.4～1.9，例如可以是1.4、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85或1.9，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一氮化硅层的折射率为2.15～2.4，例如可以是2.15、2.17、2.2、2.23、2.25、2.27、2.3、2.32、2.35、2.38或2.4，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第二氮化硅层的折射率为1.98～2.2，例如可以是1.98、2、2.02、2.04、2.06、2.08、2.1、2.12、2.14、2.16、2.18或2.2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一氮化硅层的厚度小于第二氮化硅层的厚度。
18.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一氮化硅层的厚度为5～15nm，例如可以是5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm或15nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.所述第二氮化硅层的厚度为20～40nm，例如可以是20nm、22nm、24nm、26nm、28nm、30nm、32nm、34nm、36nm、38nm或40nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列
举的数值同样适用。
20.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述硅基底和所述第一氮化硅层之间设置有氧化硅层。
21.本实用新型中，在硅基底和第一氮化硅层之间设置氧化硅层(sio
x
)，由于氧化硅层与硅基底具有较低的界面态和折射率，可以提供良好的表面钝化效果，进一步提高太阳能电池正面钝化膜层的钝化性能，降低太阳能电池正面钝化膜层的反射率，从而进一步提高电池和组件的效率。
22.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述氧化硅层的厚度为3～15nm，例如可以是3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm或15nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第二氮化硅层和氮氧化硅层之间设置有第三氮化硅层。
24.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第三氮化硅层的折射率为1.8～2.05，例如可以是1.8、1.82、1.85、1.88、1.9、1.92、1.95、1.98、2、2.02或2.05，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.本实用新型中，氮化硅层的折射率关系为：第一氮化硅层＞第二氮化硅层＞第三氮化硅层。
26.所述第三氮化硅层的厚度为15～40nm，例如可以是15nm、18nm、20nm、23nm、25nm、28nm、30nm、32nm、35nm、38nm或40nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.本实用新型对第二氮化硅层和第三氮化硅层的厚度关系不作限定。
28.需要说明的是，本实用新型提供了两种太阳能电池正面钝化膜层结构的技术方案：
29.技术方案1：太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底，在硅基底的表面依次层叠有第一氮化硅层、第二氮化硅层和氮氧化硅层，并且第一氮化硅层、第二氮化硅层和氮氧化硅层的折射率逐级降低；
30.技术方案2：太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底，在硅基底的表面依次层叠有氧化硅层、第一氮化硅层、第二氮化硅层、第三氮化硅层和氮氧化硅层，并且第一氮化硅层、第二氮化硅层、第三氮化硅层和氮氧化硅层的折射率逐级降低。
31.需要说明的是，本实用新型中所采用的材料均为本领域中的已知材料。
32.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
33.本实用新型提供的太阳能电池正面钝化膜层，在氮氧化硅膜层厚度较大的情况下，不仅能够保证优异的钝化效果，还可以降低太阳能电池正面钝化膜层反射率，从而降低电池和组件的光学反射率。此外，采用本实用新型中的太阳能电池正面钝化膜层制备得到的电池和组件颜色更深且更加均匀，吸收阳光的效率更高，从而电池和组件的效率及功率更高。
附图说明
34.图1为本实用新型实施例1-3中提供的太阳能电池正面钝化膜层的结构示意图。
35.图2为本实用新型实施例4-6中提供的太阳能电池正面钝化膜层的结构示意图。
36.其中，1-硅基底；2-第一氮化硅层；3-第二氮化硅层；4-氮氧化硅层；5-氧化硅层；6-第三氮化硅层。
具体实施方式
37.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
38.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
40.实施例1
41.本实施例提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，如图1所示，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底1，在硅基底1的表面依次层叠有第一氮化硅层2、第二氮化硅层3和氮氧化硅层4，其中，第一氮化硅层2的折射率为2.3，厚度为10nm；第二氮化硅层3的折射率为2.1，厚度为30nm；氮氧化硅层4的折射率为1.6，厚度为50nm。
42.实施例2
43.本实施例提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，如图1所示，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底1，在硅基底1的表面依次层叠有第一氮化硅层2、第二氮化硅层3和氮氧化硅层4，其中，第一氮化硅层2的折射率为2.15，厚度为15nm；第二氮化硅层3的折射率为1.98，厚度为40nm；氮氧化硅层4的折射率为1.4，厚度为60nm。
44.实施例3
45.本实施例提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，如图1所示，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底1，在硅基底1的表面依次层叠有第一氮化硅层2、第二氮化硅层3和氮氧化硅层4，其中，第一氮化硅层2的折射率为2.4，厚度为5nm；第二氮化硅层3的折射率为2.2，厚度为20nm；氮氧化硅层4的折射率为1.9，厚度为40nm。
46.实施例4
47.本实施例提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，如图2所示，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底1，在硅基底1的表面依次层叠有氧化硅层5、第一氮化硅层2、第二氮化硅层3、第三氮化硅层6和氮氧化硅层4，其中，氧化硅层5的厚度为10nm；第一氮化硅层2的折射率为2，厚度为12nm；第二氮化硅层3的折射率为1.98，厚度为40nm；第三氮化硅层6的折射
率为1.9，厚度为25nm；氮氧化硅层4的折射率为1.7，厚度为45nm。
48.实施例5
49.本实施例提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，如图2所示，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底1，在硅基底1的表面依次层叠有氧化硅层5、第一氮化硅层2、第二氮化硅层3、第三氮化硅层6和氮氧化硅层4，其中，氧化硅层5的厚度为3nm；第一氮化硅层2的折射率为2.3，厚度为8nm；第二氮化硅层3的折射率为2.15，厚度为25nm；第三氮化硅层6的折射率为2.05，厚度为15nm；氮氧化硅层4的折射率为1.5，厚度为55nm。
50.实施例6
51.本实施例提供了一种太阳能电池正面钝化膜层，如图2所示，所述太阳能电池正面钝化膜层包括硅基底1，在硅基底1的表面依次层叠有氧化硅层5、第一氮化硅层2、第二氮化硅层3、第三氮化硅层6和氮氧化硅层4，其中，氧化硅层5的厚度为15nm；第一氮化硅层2的折射率为2.3，厚度为10nm；第二氮化硅层3的折射率为2.1，厚度为30nm；第三氮化硅层6的折射率为1.8，厚度为40nm；氮氧化硅层4的折射率为1.6，厚度为50nm。
52.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。