一种具有双层抗反射涂层(ARC)的硅晶片基太阳能电池，该双层ARC结合了10-30nm厚的含氢钝化层(例如SiXNY：H)和Nb2O5顶层(或概括地讲NbXOY)，以使ARC的折射率与折射率为约1.5的覆层材料(例如玻璃或EVA、乙烯醋酸乙烯酯)最佳匹配。该双层ARC是通过PECVD或通过反应溅射法(PVD)Si靶与N2和/或NH3沉积的，该Nb2O5层是通过纯Nb靶或导电Nb2O5(x＜5)靶与O2的反应溅射沉积的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种位于由晶体硅制成的太阳能电池上的抗反射涂层(ARC)以及该抗反射涂层的制造方法。本专利技术的目的是记述一种当太阳能电池被封装在太阳能电池模块中(即被折射率为约1.5的玻璃或类似的聚合物材料覆盖)时具有优化光学特性的抗反射涂层。该ARC包括用于钝化的氢化氮化硅(SixNY:H)层以及在可见光谱范围内具有高折射率但低吸收性的氧化铌(Nb2O5)层。
技术介绍
用于晶体太阳能电池的现有前侧ARC表现为具有两个功能特性的SixNY:H(缩写:SiN:H)层:i)减少太阳能电池设备前侧的反射光量，以及ii)钝化该晶体或多晶Si晶片材料(场效应钝化&化学钝化，例如通过悬空键或杂质的氢钝化)。这些SiN:H膜可以通过PECVD或PVD技术沉积并且通常在633nm处具有1.9-2.1的折射率，其为太阳能电池提供了最优化的效率(电功 率输出/入射有用光的功率输入)。通常，单层ARC膜的最佳折射率(η)必须满足公知的要求n = sqrt (n_s*n_m) (等式 I)其中，n_s和n_m分别是ARC下面的基底以及ARC上面的介质的折射率。因此，最佳的硅太阳能电池(对于Sin_s = 3.8 ;对于空气n_m = 1.0)需要η = 1.95的ARC。另一方面，太阳能电池模块被在633nm处折射率为约1.5的玻璃或塑料覆层以及聚合物粘合剂(例如，EVA、乙烯醋酸乙烯酯)覆盖，根据等式1，这需要折射率为2.39的ARC。电池与模块的上述需求是针对单波长(在这里为633nm)计算的，这时光反射是最小的。不过即使通过更详尽的方法来计算该太阳能电池效率，包括ARC在全光谱范围上的光学特性(这对于地面太阳能应用很重要)，上述考虑仍然是有效的。这些更详尽的计算能够通过专用软件(例如PC-1D)或通过计算加权光损耗(其降低假想的完美ARC(透射比100)的效率)来进行。在采用了第二种途径的当前工作中，每次给出模拟的效率，假设具有最佳ARC的太阳能电池的效率为17.5%。图1a)和b)显示了模块级的这种模拟的结果:对于每个折射率，计算出最佳膜厚，对于折射率为2.4且膜厚为64nm的ARC最终的模块效率显示了显著提高。为了计算太阳能效率，将反射光谱与光谱响应函数(也显示在反射图中)求卷积，对于多晶硅晶片材料，光谱响应函数是由AMl.5光子通量乘以典型的IQE计算得到的。4%的玻璃前侧反射也包括在该反射数据中。(注意:如果没有另外说明，从现在起所有折射率都是针对633nm的波长所述的，其也大体上是AMl.5太阳光谱的加权中心。)等式I和图1中的模拟结果仅在300nm至1200nm光谱范围内未发生吸收时有效。对于具有高折射率的富硅SiN:H膜情况并非如此。然而，由PECVD或PVD方法沉积的SiN:H对于η < = 2.0的折射率仅显示了很少的吸收。低波长吸收随着SiN:Η层的折射率或多或少地线性增大(参见图2)。对于η > 2.1，低波长吸收将危害更高折射率的积极效果并将导致了太阳能模块的性能显著降低(参见图3)。对于PECVD SiN:Η也观察到了同样的趋势,例如Soppe等人或 Doshi 等人:当在由硅烷和氨获得的SiN:H膜中试图同时获得高η值和低k值时，必须在消光系数或折射率上作出妥协。例如Doshi 等人或 Moschner 等人公开的PVD SiN=H ARC的结果以及PECVD结果表明，如果在膜生长的起始阶段(接近S1-SiN界面)采用具有2.3-2.4的更高折射率的富硅膜，则SiN:H层显示改善的钝化。这导致了双层-或梯度层的发展，通过在SiN:H沉积期间改变反应气体组成，以仅在接近界面处具有高折射率材料以及在膜沉积的主要部分具有低折射率材料(具有低吸光率)。通过PVD沉积的这样的整体折射率为η = 2.05的双层SiN:Η的一个典型例子将作为过程记录，用于与本专利技术的改进的层堆叠进行对比。作为对比的手段，在图3中还将SiN_DL与(假想的)无吸收层进行了对比。图3显示了无吸收单ARC层的计算发射&吸收(a)以及最终的太阳模块效率(b)，与具有由椭圆偏振光谱测量的光学特性的SiN:H的对比，来自由PVD沉积的“现实世界的”高折射率SiN:H膜。在计算中考虑了典型太阳能玻璃材料的玻璃前侧反射以及低波长吸收。已知有几种透明材料(例如TiO2或Nb2O5)在300nm至1200nm具有η > 2.2的高折射率以及极低吸收。但是这些材料不足以满足太阳能电池ARC的第二个需求:通过场效应钝化或化学钝化(例如通过悬空键或杂质的氢钝化)实现太阳能电池的钝化。US3977905记述了由Nb2O5制成的单层ARC，用于被玻璃覆层保护的太阳能电池上，并特别强调了在300-500nm的短波长区域的低吸收。在一个优选实施方案中，通过标准电子束蒸发沉积铌。由于未使用含氢的工艺气体，该单层Nb2O5ARC不能产生现有技术的多晶或单晶硅太阳能电池所需的足够的表面钝化和体钝化。另一方面，Nb2O5是众所周知的用于多种光学应用的低吸收透明膜。例如在US5372874中记述了 Nb2O5作为多层ARC的一部分，目的是通过反应DC溅射制造用于光涂层的在可见光谱内具有低吸收的宽带ARC。该公开涉及金属层或具体地四层ARC。用于太阳能电池应用的双层ARC也被以多种方式公开:例如GB1526171记述了高折射率材料(η =2.35-2.4，优选钛的氧化物)与低折射率材料(η=1.6-1.7，优选铝的氧化物)的组合，其中，该高折射率材料更靠近Si晶片而该低折射率材料更靠近该玻璃覆层。W0/2007/051457记述了具有靠近基底的指定钝化层的双层。其中第二层设计为在烧制(furnace firing)期间防止氢向外扩散到环境中。为了改善的光学特性，由1-1Onm的SiN:H或3-10nm的SiN:H制成的第一层与TiO2制成的第二层结合，其中，第一层通过PECVD沉积而第二 TiO2层通过溅射(PVD)沉积。
技术实现思路
本专利技术的最基本实施方案的草 图显示在图5中:在晶片基太阳能电池(“体硅”)上，设置有含氢钝化层(SiN:H)，接着是氧化铌层(“NbO”)。随后，在所述NbO层上设置覆层(玻璃，EVA或类似物)。附图说明图1:无吸收单ARC层的计算反射(a)和太阳能模块效率(b)作为该ARC的折射率的函数(恒定折射率-无色散)。图2:两种通过PVD沉积的SiN工艺(其中，SiN#l采用比SiN#2更高的NH3气体流量设置来沉积)连同来自参考文献“Doshi”的PECVD数据一起的低波长吸收系数k(350nm)对折射率r^633nm)。所有数据都来自Si晶片上的SiN:H单层膜的椭圆偏振光谱分析。图3:无吸收单ARC层的计算发射&吸收(a)以及最终的太阳模块效率(b)，相比于具有由椭圆偏振光谱测量的光学特性的SiN:H，来自由PVD沉积的“现实世界的”高折射率SiN:H膜。图4:单层高折射率SiN:H膜、双层SiN:H膜(标记为“SiN_DL”)以及两个SiN:H/Nb205双层膜堆叠的计算吸收(a)、反射&吸收(b)以及最终的太阳能模块效率(C)图5显示了根据本专利技术的层序列的一个基本实施方案。具本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有双层抗反射涂层的硅晶片基太阳能电池，包括：在晶片基硅太阳能电池的表面上的，其中所述表面在所述电池工作时面向光：?含氢的硅钝化层，接着是?氧化铌NbXOY层，?折射率为约1.5的覆层。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：O·拉通德，
申请(专利权)人：OC欧瑞康巴尔斯公司，
类型：发明
国别省市：
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