碳化硅基抗反射涂层制造技术

本发明专利技术涉及包含非晶碳化硅基膜的抗反射涂层，该膜进一步含有氢原子，以及任选地进一步含有氧和／或氮，该膜具有约２．３～２．７的有效折射率（ｎ）以及在６３０ｎｍ波长处少于０．０１的消光系数（ｋ）。本发明专利技术也涉及制备抗反射涂层的方法以及包含抗反射涂层的太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有有益光学特点的碳化硅基抗反射涂层及其制备方法，以及包含此涂层的太阳能电池。
技术介绍
太阳能电池的效率(即入射的有用光的电功率输出/输入)与进入太阳能电池的有用光的数量直接相关。给定的太阳能电池的有用光可以定义为当被太阳能电池吸收时， 会导致载流子产生的波长处的电磁能。因此，太阳能电池的效率部分取决于透过电池的入射光的数量，而透射可通过反射以及照射在太阳能电池外表面的光的吸收来限制。为了降低反射，一种抗反射涂层(ARC)被设置在太阳能电池的表面，光通过该抗反射涂层进入电池。一种合适的功能性抗反射涂层减少了有用光反射的同时并不吸收光。太阳能电池的抗反射涂层所要求的光学属性(折射率和消光系数)，除了取决于太阳能电池的抗反射涂层的光吸收率外，还取决于下层衬底的折射率，被封装表面的折射率(如果适用)，以及太阳能电池的波长响应率。为了降低抗反射涂层中有用光的吸收，需要一种具有低有用光吸收率的材料。由于A = 4 Jlk/λ，因此一个低的消光系数(k)等同于一个低的吸收率(A)(例如少于0.01的 k相当于少于的吸收率)。氮化硅膜抗反射涂层膜主要利用氮化硅膜(a _SiN:H)来制备。然而，已发现这样的薄膜在大于2. 1的高折射率时显示出对入射光的高吸收。尽管在折射率为2. 1左右，波长范围为300 1200nm的情况下，已在降低光吸收率方面取得了一些成功，但在折射率大于2. 1 的情况下却没有取得这样的成功。例如，美国专利5，418，019公开了一种SiN膜，其具有 2 3. 5的增加的折射率，但是其没有避免由于富含硅的SiN涂层所引起的较高的吸收率损失。正如Soppe等人(光伏学进展研究与应用(Prog. Photovolt :Res. Appl. )，2005 ；13 551-569)所确认的，当尝试在由硅和氨制得的SiN膜中同时获得高的η值和低的k值时，就要在消光系数或折射率方面做出折衷。当硅的含量增加时(需要这种增加来获得更高的折射率薄膜)，这种折衷被认定是由于薄膜内的Si-Si配位作用，即这些SiN膜所固有的原子水平特征所导致的。Alberle 等人(光伏学进展研究与应用 5 (Progress in Photovoltaic Researchand Applications 5)，四_50页(1997))也指出，在直接暴露于UV光下100小时后，这相当于被封装的太阳能电池暴露两年，以太阳能电池钝化为目的的由不同技术所沉积的SiN膜能失去大约50%到几乎100%的有效寿命。在工业上多晶(mc)硅太阳能电池的生产过程中，a-SiN:H膜应用的另一个问题是在焙烧之后ARC膜的收缩，一种可以改变SiN膜的厚度、组成、应力以及光学属性的因素， 使得对于ARC性能的控制变得困难。例如，Hong等人(光伏学进展研究与应用(11) (Prog. Photovolt :Res. Appl. (11)),125-130(2003))和 Jeong 等人(应用物理杂志(J. Appl.Phys. ),87(10),7551(2000))报道了除了由于焙烧过程引起的折射率的不稳定性外，还有 7nm(大约10%的膜厚度)的厚度变化。SiN膜的制备也带来安全性的挑战，因为其需要使用容易自燃的硅烷(SiH4)。在一些实施例中，这种工艺也把氧和硅烷一起使用。然而，氧的出现增加了爆炸的危险性。H2 的使用也对安全性提出挑战。尽管Lee在美国专利6，060，132中公开了一种使用0. ImTorr 到大约20mTorr的超高真空的化学气相沉积方法来降低由于将氧和硅烷混合所带来的爆炸风险，但这样的过程需要额外的费用。碳化硅膜在为ARC的应用寻找新的材料中，碳化硅(SiC)膜被认为具有潜能。SiC良好的机械性能，例如其硬度和抗磨性，对于保护性涂层和抗磨擦涂层来说是有吸引力的。进一步地说，有利的事实是这些涂层本身就含有多晶硅太阳能电池体钝化所需要的氢原子。然而，由于膜中入射光的高吸收(高消光系数)，传统的硅烷基碳化硅膜并没有展示出获得高效太阳能电池所必需的透射属性。结果是，这样的吸收产生了严重的限制，例如 (a)光不能到达太阳能电池，(b) ARC层中热的产生降低了抗反射涂层以及太阳能电池的质量，并因此降低了太阳能电池的效率，(c)电池的电性能的不稳定性，以及⑷潜在的太阳能电池寿命的降低。当设计太阳能电池使用在恶劣环境中，例如用于卫星的太阳能电池，这些问题会变得尤其尖锐。事实上，碳化硅对光的高吸收率以及高消光系数使其成为在镶嵌互联结构中用作顶层/底层抗反射涂层(BARC)的一个很有吸引力的候选者。这样一个高消光系数在BARC 应用中是十分理想的，例如栅形成，其中尺寸的控制是重要的。Subramanian等人(美国专利6，465，889和美国专利6，656，830)启示将具有消光系数(k)为0. 1 0. 6左右的SiC 作为BARC来使用。Lu等人在美国专利申请20030211755中也启示在每一个亚表层沉积后， 将ARC介电材料暴露于表面等离子体处理的方法。在他们的方法中，k值达到0. 4 0. 6。尽管已经进行了多种尝试来降低SiC膜的消光系数，但这些尝试不仅没有实现 SiC膜消光系数的充分降低，而且带来了新的挑战和局限。YANG等人(材料研究协会讨论会会议录(Mat. Res. Soc. Symp. Proc.)，715卷，A24. 3. 1页，2002)启示一种通过提高沉积温度来降低SiC消光系数和折射率的技术。在他们的研究中，他们实现了 0. 31 0. 1左右的消光系数的降低。然而，即使是这些有限的降低也伴随着一些挑战，包括使用650°C的沉积温度，该温度太高了以至于不能用在光电应用中，因为在这样的温度下，可以预见掺杂剂的互扩散。尽管在制备像太阳能电池这样的光电设备过程中可以使用高温(例如一种焙烧工序)，但这些高温一般只是维持几秒钟的时间，这限制了掺杂剂的互扩散。进一步地说，由 YANG等人使用的脉冲激光沉积(PLD)技术是众所周知的用于制造缺氢膜的技术，由于氢是一种对于太阳能电池工业中，具体为多晶太阳能电池工业中所使用的抗反射涂层薄膜非常重要的元素，氢可钝化太阳能电池的表面以及本体，因此所述缺乏是非常关键的。Gallis 等人(应用物理杂志(J. Appl. Phys. ), 102,024302 (2007))公开了一种碳化硅基膜，其中对于SiOC来说，吸收系数(α)为5000CHT1 (这等同于在波长(λ)632ηπι 处消光系数(k)为0.025)并且折射率为1.8，对于α-SiC膜来说，α为SOOcnT、在波长 (λ )632nm 处，k = 0. 04)，并且 η 为 2. 6。Klyuia 等人(太阳能材料和太阳电池(Solar Energy Materials&SolarCells),72,597-603(2002))启示具有0. 01左右消光系数和1. 97左右折射率的非晶碳化硅的光学属性。C. H. M. van der werf 等(薄固体膜(Thin SolidFilms), 501, 51-54 (2006))也报道了 0. 001的低消光系数，但是这只是在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种包含非晶碳化硅基膜的抗反射涂层，其中所述膜进一步含有氢原子，以及任选地进一步含有氧和／或氮原子，所述膜具有约２．３～２．７的有效折射率（ｎ）以及在６３０ｎｍ波长处小于０．０１左右的消光系数（ｋ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·艾伦，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR