太阳电池减反射膜系统的研究

针对PID的多晶硅太阳电池片减反射膜研究肖慧萍;曹家庆;周浪;胡动力;杜嘉斌;章金兵【摘要】本文针对多晶硅太阳电池的电势诱导衰减(PID)现象,通过开发高折射率电池镀膜工艺,把改变双层减反射膜的折射率作为重点调试的工艺参数,调节镀膜时的SiH4∶NH3比例,同时对膜厚进行适当的调整,最终使电池片的光电转换效率稳定在17.7％以上,组件经PID测试峰值功率衰减小于5％,达到抗PID要求.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】2页(P107-108)【关键词】抗PID;双层减反射膜;多晶硅电池片【作者】肖慧萍;曹家庆;周浪;胡动力;杜嘉斌;章金兵【作者单位】江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000;南昌航空大学材料科学与工程学院,江西南昌330063;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;南昌航空大学信息工程学院,江西南昌330063;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000;江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000;江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000【正文语种】中文电势诱导衰减现象(Potential Induced Degradation，PID)影响到了组件的寿命和电站的正常收益[1-3]。

本文通过调节等离子增强化学气相沉积(PECVD)工序的工艺参数以获得具有合适的折射率和厚度的减反射膜，以解决 PID问题。

本文试验中使用的所有P型多晶硅片除PECVD工艺外，其他都经过相同的处理过程。

在组件加载-1000V直流电压，放置在环境实验箱内，实验箱内温度为85℃，湿度为85%，测试时间为96小时。

本文中的三种PECVD工艺(P1、P2和P3)都是采用折射率渐变的SiNx抗反射膜。

由表1可见，工艺P1、P2和P3沉积减反射膜时，第一层镀膜时三种工艺的SiH4：NH3比例基本一致(约0.22左右)，第二层镀膜时三种工艺的SiH4：NH3比例分别为0.088、0.17和0.10。

PECVD法制备氮化硅减反射膜和减反射膜在太阳能电池中的应用作者:何万雄班级：光伏材料加工与应用指导老师：冷新莉学号：49 摘要随着不可再生资源的减少，环境污染的加重，世界人民为了生存、为了发展，更为了保护我们的地球。

不得不寻找新的能源、可再生资源，所以取代这些能源的将是风能、核能、太阳能等。

而太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又、爆炸式发展的行业。

利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生直流直接发电。

以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括太阳电池的生产、相关生产设备的制造等。

随着太阳能电池的大量生产，面对的问题也越来越多，电池效率的转化却很低很低，随之就是成本大，利润小。

人们又不得寻找让电池提高转化效率的材料（减反射膜）。

减反射膜制备技术是太阳能电池生产的关键技术之一，它能减少入射光的反射，增加光的吸收，从而增加光生载流子的数量，提高短路电流，进而提高太阳电池的效率。

由于多晶硅不能像单晶硅太阳电池一样，能在受光面进行完美的结构化，起到减反射的效果，所以减反射膜的作用就显得尤为重要。

如果这层膜不仅能起到减少光损失的作用，也能起到表面钝化和体钝化的效果的话，对太阳电池的效率的提高和成本的降低有很多益处。

虽然热生长的SiO也能起到表面钝化和减反射的作用，但是由于二氧化硅表面钝化是一个高温工艺过程，通常的钝化温度都在800 以上，高温过程易使半导体衬底产生缺陷，少子寿命下降，这对于太阳电池及硅材料尤为突出，并且引起衬底浓度的再分布；另一方面和太阳电池减反射膜要求的最佳折射率相比，二氧化硅的折射率偏低。

近几年的研究说明，用低温（250~450 ）PECVD法沉积SiN做多晶硅太阳电池的光学减反射膜是进一步提高多晶硅太阳电池光电转换效率的关键。

关键字：太阳能电池减反射膜反射膜材料 PECVD一薄膜的生长过程概述薄膜的生长过程直接影响到薄膜的结构以及它最终的性能。

减反射层减少光反射的光学条件减反射层是一种能有效减少反射率的表面处理技术，其在光学设备、平板显示器、太阳能电池板、玻璃制品等各行各业都得到广泛应用。

减反射层的作用是使光线尽可能地穿透材料，减少反射率，增加透射率，提高材料的光学性能。

本文将介绍减反射层的原理和应用，以及几种常见的减反射层制备方法。

一、减反射层的原理减反射层的主要原理是通过引入一定的物理结构或化学结构使得材料表面的光学性质发生改变，减少反射率，使光线在材料内部进行多次反射和折射，从而提高材料的透射率。

反射率是材料表面反射的光线占总光线的比例，反射率越低，透射率就越高。

减反射层的光学性质取决于反射率和材料的折射率。

二、减反射层的应用（一）光学设备在光学设备中，减反射层被广泛应用于光学元件的制造，如透镜、棱镜、窗口等。

在高精度光学设备中，反射率过高会导致光线的波动和干扰，降低设备的精度和测量准确性。

减反射层可以减少反射率，提高透射率，从而提高设备的分辨率和灵敏度。

（二）平板显示器在平板显示器中，反射率过高会引起屏幕亮度不足，影响用户的视觉体验。

减反射层可以减少反射率，提高屏幕的亮度和清晰度，从而提高用户的视觉体验。

（三）太阳能电池板在太阳能电池板中，反射率过高会导致光子的损失和能量的散失，降低太阳能电池板的转换效率和发电能力。

减反射层可以提高太阳能电池板的光吸收能力，提高转换效率和发电能力。

（四）玻璃制品在玻璃制品中，反射率过高会影响其透明度和外观质量。

减反射层可以提高玻璃制品的透明度和外观质量，使其具有更好的使用体验和商业价值。

三、减反射层的制备方法（一）物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用真空设备，在表面加热的条件下，将减反射材料通过热蒸发或电子轰击等方法，沉积在基板表面形成膜层的技术方法。

（二）化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用化学反应，将减反射材料沉积在基板表面形成膜层的技术方法。

它通常需要较高的反应温度和气压。

（三）溶液法溶液法是一种利用溶液将减反射材料均匀涂覆在基板表面形成薄膜的技术方法。

减反膜的制备及其应用1、减反膜简介：减反射膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。

最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。

如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。

适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。

一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果，为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。

减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。

对激光薄膜来说，减反射膜是激光损伤的薄弱环节，如何提高它的破坏强度，也是人们最关心的问题之一。

2、减反膜的原理：减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。

二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，那么互相抵消了。

减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜，使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。

3、制备方法和工艺：每种方法都有其特点和特定的应用范围,寻找可以100%透过的减反膜制备方法尚有困难,只能根据不同的特点和要求,分别采用不同的方法和工艺。

下面将分别介绍这些方法,并较详细的介绍真空蒸镀法、电阻加热法和电子束蒸镀法。

1）真空蒸镀真空蒸镀与其他成膜法相比,工艺比较简单,容易操作,成膜速度快,效率高等优点,因此广泛的应用于减反膜的镀制[2-3]。

R1Kaigawa等[4]采用一系列的真空蒸镀方法镀制了Cu(In,Ga)S2薄膜,在250℃下镀制In2Ga2S(In∶Ga=017∶013)薄膜,蒸镀时间为30min,膜层厚度为015μm;在510℃下,再镀制Cu和S,时间为36～72min,厚度均为015μm。

CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。

这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。

本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。

关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化1 引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。

随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。

2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。

随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。

正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。

因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。

90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。

1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。

太阳能电池PECVD工艺参数对生长氮化硅薄膜影响的研究摘要：氮化硅膜是对提高太阳能电池光电转换效率有重要作用的减反射膜。

文章介绍了氮化硅膜的钝化作用和减反射作用，陈述了pecvd生长的氮化硅薄膜的基本性质，以156mm×156mm型号的多晶硅太阳电池片为例，结合实际测量数据，分析了在淀积过程中温度、硅烷氨气流量比和射频功率等工艺参数对氮化硅薄膜的生长及其性质的影响。

关键词：pecvd；工艺参数；氮化硅膜；太阳能电池中图分类号：tn304 文献标识码：a 文章编号：1009-2374（2013）02-0014-02太阳能是一种绿色环保的新能源，制备氮化硅（si3n4）减反射膜是制造高效率太阳能电池的重要环节。

氮化硅膜通常采用pecvd 技术生成。

pecvd又称等离子体增强化学气相淀积，淀积过程中，硅烷氨气流量比、射频功率、温度、淀积时间等工艺参数的变化对氮化硅薄膜的生长均有影响。

1 氮化硅膜在太阳能电池中的作用通常sinx中的si/n值为0.75，即si3n4，而实际pecvd淀积氮化硅的化学计量比会随工艺的不同而变化，si/n变化的范围在0.75～2之间。

pecvd的氮化硅薄膜中，除了含有si和n元素，一般还包含一定比例的氢，即sixnyhz或sinx︰h。

利用pecvd技术在硅片表面淀积的氮化硅薄膜，可以使薄膜前后两个表面产生的反射光相互干扰，从而抵消反射光，达到减反射的效果，增加对太阳光的吸收，提高光生电流密度，从而提高电池的转换效率。

同时，氮化硅膜中的h降低了表面复合速率，带来更小的暗电流和更高的开路电压，提高了光电转换效率。

另外高温瞬时退火会断裂一些si-h、n-h键，游离出来的h与缺陷及晶界处的悬挂键结合，减少了界面态密度和复合中心，达到对电池的钝化效果。

2 氮化硅膜的pecvd法制备cvd（全称为chemical vapor deposition）即化学气相沉积。

cvd技术主要有以下几种：apcvd（常压，700℃～1000℃）、lpcvd （低压，750℃）、pecvd（等离子体增强型，300℃～450℃）。

氮化硅薄膜光学性质的研究摘要：氮化硅薄膜具有优良的光学性能，常用作太阳能电池表面的减反射材料。

采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较，并研究了退火对薄膜光学性能的影响。

研究发现：氮化硅薄膜经热处理后厚度降低，折射率先升高后降低。

关键词：太阳能电池；氮化硅薄膜；热处理引言由于有着良好的绝缘性，致密性，稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。

人们同时发现，在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池的转换效率，而且还可以降低生产成本。

作为一种减反射膜，氮化硅不仅有着极好的光学性能(λ =6 3 2 ． 8 n m时折射率在 1 . 8 ～2． 5之间，而最理想的封装太阳电池减反射膜折射率在 2 ． 1 ～2． 2 5 之间) 和化学性能，还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用，提高电池的短路电流。

因此，采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为光伏界的研究热点。

1 . 氮化硅薄膜的光学性质1 .1实验本实验采用2cm×2cm×400um的单面抛光的P型<100>Cz硅片，在沈阳科仪中心PECVD400型真空薄膜生长系统中生长氮化硅薄膜。

氮化硅薄膜制备过程如下：实验前使用乙醇和丙酮超声清洗样品15min以去除油污，然后用1号液(H20：H202：NH3·H20=5：1：1)和2号液(H20：H2O2：HCl=5：1：1)清洗，最后再使用5％稀氢氟酸(HF)漂洗5min以去除氧化层，去离子水洗净烘干后放人反应室。

采用硅烷(10％氮气稀释)和高纯氨气作为反应气体沉积氮化硅薄膜，其中沉积薄膜的生长参数如下：气体流量为硅烷30sccm、氨气60sccm、工作气压30Pa、射频频率 13．5MHz、沉积时间10min。

沉积薄膜后，采用传统的退火炉和新兴的快速热退火炉进行了氩气保护下不同时间和温度下的退火比较，并测试了薄膜退火前后的厚度、折射率。

说明实现减反射的基本原理
减反射的基本原理是通过添加一层或多层光学薄膜来改变光的折射和反射行为，达到减少反射和提高透射的效果。

光在从一个介质到另一个介质的界面上发生折射和反射。

当光从光密介质（如玻璃）进入光疏介质（如空气）时，会发生反射现象，一部分光会从界面反射回来。

这种反射会产生光的损失，导致透射光强度降低。

减反射原理的基本思路是构建一个具有特定折射率和厚度的薄膜层，使得光在薄膜层和介质之间的界面上发生多次反射和干涉，从而减少反射。

通过调整薄膜层的厚度和折射率，可以使得反射波和透射波的干涉效果最小化，实现最小反射。

常见的减反射薄膜是通过光学蒸镀技术制备的多层膜结构。

这种多层薄膜结构由高折射率和低折射率材料交替堆积而成。

每一层薄膜的厚度都是光的波长或其倍数的几分之一，使得光波反射时会在不同薄膜层之间发生多次反射和干涉。

这样就可以通过相位干涉的效应，使得反射波与透射波干涉程度最小，减少反射损失。

减反射薄膜的设计需要考虑光线的入射角度、波长和介质的特性等因素。

通过优化薄膜层的厚度和材料选择，可以实现在特定角度和波长范围内的最小反射效果。

减反射薄膜广泛应用于光学器件、太阳能电池板、摄像头镜头、眼镜镜片等领域，以提高透射率和光学性能。

二氧化钛太阳能电池减反射膜结构和光学特性赵保星;周继承;荣林艳;彭银桥【摘要】用溅射功率为100～500 W的直流反应磁控溅射法制备出不同结构与特性的TiO2薄膜样品;采用原子力显微镜(AFM)、X线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和紫外可见光分光光度计对薄膜的形貌、结构及光学特性进行表征；研究溅射功率对薄膜的结构、形貌及光学特性的影响.研究结果表明:沉积态薄膜均为无序结构,氧化物溅射模式下沉积的薄膜为透明状态,金属模式下沉积的薄膜不透明,TiO2薄膜的折射率随着溅射功率变化在1.8～2.3之间变化;在低功率制备的沉积态薄膜存在TiO0.5微晶,它使薄膜样品的透过率降低,这主要是TiO0.5微晶对光波的强烈吸收所致；400 W溅射功率下制备出适合太阳能电池减反射膜应用的透过率高及折射率大的TiO2减反膜.%TiO2 films with different structure properties were prepared with varying sputtering power from 100 W to 500 W. Film surface morphology, structure, and optical properties were measured with step profiler, AFM, X-ray diffraction, FTIR, UV-VIS transmittance spectroscope and ellipsometry respectively. The influence of the sputtering power on the films structure, morphology and optical properties was investigated. The results show that the deposited films are in disorder state. Films deposited in oxide mode are transparent while those in metal mode are opaque. The refraction index varies from 1.8 to 2.3. The film prepared at low sputtering power possesses TiO0.5 small crystal whose absorption has hindered the transmittance. The optimum sputtering power is 400 W.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)007【总页数】5页(P2147-2151)【关键词】二氧化钛;直流反应磁控溅射;溅射功率;减反射薄膜;光学特性【作者】赵保星;周继承;荣林艳;彭银桥【作者单位】中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】O484由于硅的折射系数(n～3.5)[1]与空气的折射系数相差很大，光波在界面处的反射成为影响太阳能电池效率的重要因素，因此，必须在电池表面加镀减反射膜。