[发明专利]一种氮化硅减反射薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种氮化硅减反射薄膜及其制备方法和应用，该薄膜表面细致均匀，主要目的为了减小太阳能在薄膜上的反射，从而增强太阳能电池的光电转化率。将硅靶材和石英玻璃基片放入真空系统中,充入氮气，采用激光溅射沉积的方法制备出氮化硅薄膜，选取靶材为99.999％本征硅靶、基片为20×20mm硅片，控制氮气气压在1‑4Pa，退火温度在350‑900℃，氮气流量5‑50sccm。经研究发现，在工艺参数为1Pa、20sccm、700℃时薄膜折射率为2.2，减反射效率最高。本发明制备方法简单、成本低、可控性强，为多晶硅薄膜领域拓展了新思路。

技术领域

本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种氮化硅减反射薄膜的制备工艺。

背景技术

为应对传统能源环境污染与日益短缺这两大挑战，新能源的研发与推广成为我国以及美、日、法、德、等发达国家的焦点，近年来发展十分迅速。太阳能对人类来说是一种可再生的没有污染的取之不尽用之不竭的新能源。按照利用方式角度讲，太阳能分为光热转换型、光化学转化型和光电转化型，其中太阳能电池属于光电转化型。1839年，A.E.Becquerel发现当一些半导体受到太阳光照射时会有电流产生，这称为光生伏特效应。1954年底，在Chapin、Pearson等人的共同努力下，第一块硅太阳能电池于美国贝尔实验室成功问世，开启了太阳能开发与利用的新篇章。

硅太阳能电池由于造价的问题，起初仅限制于航天领域，1958年首次为美国人造卫星提供电能，目前为止，全球各国航天领域能量补给主要由太阳能电池提供。1973年，中东战争引发石油禁用导致能源危机，同时意识到传统能源造成的污染问题与其本身的不可再生性、限制性，以欧美大国为首的世界各国政府先后制定了太阳能光伏计划，并给予了资金及政策支持。从1973年美国“阳光发电计划”、1993年日本“新阳光计划”、1994年荷兰“NOZ-PV计划”、意大利“一万屋顶计划”、2002年我国“光明工程”启动，目前为止全球光伏市场日益剧增目前太阳能电池主要有单晶硅和多晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池三种，截止2017年11月份，晶体硅太阳能电池占全球市场份额为95％，其中单晶硅太阳能电池市场份额占18％，因单晶硅较多晶硅晶体缺陷少、机械强度高、少子寿命和转化率高，加之近年来单晶硅片造价成本降低，单晶硅太阳能电池有明显的优势，具有良好的发展前景。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种氮化硅减反射薄膜及其制备方法。该薄膜表面细致均匀，主要目的为了减小太阳能在薄膜上的反射，从而增强太阳能电池的光电转化率。

本发明的构思是：太阳能对人类而言是一种可再生、无污染、用之不竭的新能源，近年来发展迅猛。但是太阳光照射至裸硅上时，由于光反射会导致30％左右的光能损失，所以减反射薄膜的设计与制备至关重要。氮化硅是一种光学性能优良的减反射材料，在减反射的同时可以对硅片进行表面及体内钝化。本发明主要利用脉冲激光沉积法(PLD)制备氮化硅薄膜。该法相对于其他方法具有靶材选择范围广、工艺参数调控精度高及制备薄膜纯度高等优点。由于氮化硅薄膜的性能与制备工艺息息相关，伴随工艺参数的调整，氮化硅薄膜性能也呈现很大差异。

本发明的氮化硅薄膜制备步骤如下：

(1)对硅片进行预处理，将纯度为99.999％靶材和清洗好的玻璃片分别放置于真空系统的真空腔内的靶材支架与基片支架上；

(2)打开准分子激光器电源，调节各项参数，利用激光溅射的方法在硅片上沉积氮化硅减反射膜；

(3)利用SEM；XRD等仪器进行数据分析。

进一步的，所述步骤(1)中，调节真空系统内靶基距为45mm。靶基距距离对薄膜折射率有影响，经大量研究和实验发现，当靶基距距离为45mm时，氮化硅薄膜纯度最高，薄膜最致密。