一種p型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層及其鈍化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層及其鈍化工藝，鈍化層是由氧化鉺構(gòu)成。其鈍化工藝為在晶體硅電池的制作中，當(dāng)P型晶體硅完成沉積減反射膜工序后，先在P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)沉積氧化鉺鈍化層，然后進(jìn)行退火處理，在鈍化層與P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)之間形成SiO2緩沖層，完成鈍化層的制備。本發(fā)明采用氧化鉺作為晶硅電池鈍化層，能提高晶格匹配度，從而降低晶硅表面的缺陷態(tài)密度，提高鈍化效果。
【專利說(shuō)明】—種P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層及其鈍化工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種以氧化鉺作為晶體硅太陽(yáng)能電池鈍化層及其鈍化工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]作為太陽(yáng)能電池基底采用的硅片，其表面缺陷將嚴(yán)重影響電池的轉(zhuǎn)換效率。為減少硅片表面的缺陷，降低表面復(fù)合速率，通常采用表面鈍化層技術(shù)來(lái)提高晶硅電池轉(zhuǎn)換效率。表面鈍化層技術(shù)主要是利用氫離子或介電薄膜進(jìn)行缺陷填補(bǔ)減少表面缺陷密度，避免載流子在此產(chǎn)生復(fù)合。
[0003]在太陽(yáng)能電池鈍化工藝中常用的表面鈍化層膜有二氧化硅、氮化硅、非晶硅和氧化鋁等。二氧化硅和非晶硅鈍化層工藝因?yàn)閷?duì)高溫?zé)崽幚淼母呙舾行远拗屏似鋺?yīng)用。氮化硅鈍化P型硅表面時(shí)由于大量的固定正電荷作用，在界面處形成反型層，從而產(chǎn)生寄生分流效應(yīng)，降低了短路電流?，F(xiàn)有晶硅氧化鋁鈍化技術(shù)已具有一定成效，但主要問(wèn)題是氧化鋁與晶硅仍然存在一定的晶格參數(shù)的差異，導(dǎo)致在界面有一定濃度的缺陷態(tài)密度，從而影響電池的轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層，該鈍化層用于取代傳統(tǒng)的晶體娃純化層材料，能夠提供固定的表面負(fù)電荷并提聞晶格匹配度，從而提聞鈍化效果。本發(fā)明同時(shí)還提供該鈍化層的鈍化工藝。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層，其特征是該鈍化層是由氧化鉺構(gòu)成。
[0006]本發(fā)明的鈍化層可應(yīng)用于P型單晶硅、多晶硅太陽(yáng)能電池的鈍化層中。
[0007]上述一種P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的鈍化工藝，其特征是在P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制作中，當(dāng)P型晶體硅完成沉積減反射膜工序后，先采用原子層沉積方法(ALD)在P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)沉積氧化鉺鈍化層，然后進(jìn)行退火處理，在鈍化層與P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)之間形成SiO2緩沖層，完成鈍化層的制備。
[0008]所述的沉積于P型晶體硅太陽(yáng)能電池襯底(背光面)背面的P型一側(cè)的氧化鉺鈍化層，其最佳厚度為0.5?10nm。
[0009]所述的氧化鉺鈍化層的ALD制備方法中，前驅(qū)體為鉺的有機(jī)金屬化合物，氧的提供者為去離子水、臭氧或氧氣中的任一種，腔室的反應(yīng)溫度為15(T500°C，壓力為5(Tl00Pa，蒸發(fā)溫度為5(T200°C，腔室的清洗氣體為惰性氣體Ar或N2,沉積周期為5-100個(gè)周期。
[0010]所述的鉺的有機(jī)金屬化合物可為(CpMe) 3Er、Er (thd) 3等任意可用來(lái)做為鉺的前驅(qū)體的有機(jī)金屬化合物。
[0011]所述的退火處理形成SiO2緩沖層的工藝，是將沉積有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅電池片，放入通有保護(hù)性氣體的退火爐中，退火溫度為30(T60(TC，以退火溫度為400~500°C為最佳,退火時(shí)間0.5^4小時(shí),在鈍化層與P型晶體娃襯底背光面的P型一側(cè)之間形成SiO2緩沖層。
[0012]所述的退火處理工藝中的保護(hù)性氣體可采用Ar、N2, N2O, H2, O2中的至少一種。
[0013]所述的SiO2緩沖層厚度為0.5~2nm。
[0014]本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，當(dāng)P型晶體硅完成襯底清洗、制絨、擴(kuò)散磷、邊緣刻蝕、沉積減反射膜工序后，使用原子層沉積方法(ALD)在晶硅片襯底背光面的P型一側(cè)沉積氧化鉺鈍化層，并進(jìn)行退火處理形成SiO2緩沖層，然后采用印刷、濺射、電鍍或噴墨等方法進(jìn)行背電場(chǎng)及柵線電極的制備。
[0015]氧化鉺為寬帶隙半導(dǎo)體材料，與晶體硅具有相同的晶型結(jié)構(gòu)，均為立方晶系，且晶格常數(shù)匹配度很高，作為晶硅電池鈍化層，能提高晶格匹配度，從而降低晶硅表面的缺陷態(tài)密度，提高鈍化效果。[0016]氧化鉺作為晶體硅電池的鈍化層，有兩種鈍化機(jī)制:化學(xué)鈍化機(jī)制和場(chǎng)效應(yīng)鈍化機(jī)制?；瘜W(xué)鈍化來(lái)源于制備氧化鉺時(shí)的前驅(qū)物中的H離子擴(kuò)散到硅表面，與硅的懸掛鍵結(jié)合進(jìn)行鈍化；場(chǎng)效應(yīng)鈍化來(lái)源于氧化鉺膜層中具有固定負(fù)電荷，形成的靜電場(chǎng)吸引空穴提高其收集率，從而使電子漂移至此的幾率大大下降，降低了電子-空穴的復(fù)合速率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖1為帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖2為帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池制備流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施的例子對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，然而所述的實(shí)施例不應(yīng)以限制的方式解釋。
[0020]本發(fā)明的以氧化鉺作為鈍化層的晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化工藝中，在P型晶體硅的制作中，當(dāng)P型晶體硅完成沉積減反射膜工序后，先采用原子層沉積方法(ALD)在P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)沉積氧化鉺鈍化層，在氧化鉺鈍化層的ALD沉積方法中，前驅(qū)體為鉺的有機(jī)金屬化合物，氧的提供者為去離子水、臭氧或氧氣中的任一種，腔室的反應(yīng)溫度為15(T500°C，壓力為5(Tl00Pa，蒸發(fā)溫度為5(T200°C，腔室的清洗氣體為惰性氣體Ar或N2，沉積周期為5-100個(gè)周期。然后進(jìn)行退火處理，形成SiO2緩沖層，完成鈍化層的制備。退火處理形成SiO2緩沖層的工藝為:將沉積有氧化鉺鈍化層的電池片放入通有保護(hù)性氣體的退火爐中，控制退火溫度為300~600°C，退火時(shí)間為0.5~4小時(shí)，在鈍化層與P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)之間形成0.5~2 nm的SiO2緩沖層。
[0021]實(shí)施例1:
從圖2給出的帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制備流程圖中可以看出，本發(fā)明的鈍化層應(yīng)用于晶體硅太陽(yáng)能電池中，其制備P型晶體硅太陽(yáng)能電池的流程如下:
a、使用NaOH或KOH堿溶液對(duì)P型單晶體硅襯底進(jìn)行清洗制絨，以便去除機(jī)械損傷層、油污以及金屬雜質(zhì)，同時(shí)在表面形成起伏不平的金字塔絨面，以便增加表面積進(jìn)而增加光吸收；然后將P型單晶硅襯底放入擴(kuò)散室內(nèi)，通入磷源，使磷元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入P型晶硅表面，形成N層，即形成PN結(jié)；然后使用HN03和HF的混合液體進(jìn)行周邊刻蝕，去掉邊緣沉積的N層以便使電池片與外界絕緣；然后用HF進(jìn)行洗滌，即用HF洗掉擴(kuò)散過(guò)程中形成的二氧化硅等物質(zhì)；使用PECVD方法在其表面沉積一層SiN減反射層(以增加電池片對(duì)光線的吸收)，形成P型晶硅電池片。以上為太陽(yáng)能電池制備過(guò)程中的常規(guī)工藝，在此不做贅述。
[0022]b、完成以上步驟后，在P型晶體硅片襯底背光面的P型一側(cè)(PN結(jié)的P型一側(cè))用ALD方法沉積氧化鉺鈍化層，氧化鉺鈍化層的厚度可控制在0.5?10nm，本實(shí)施例厚度選取3nm，氧化鉺的ALD制備方法中前驅(qū)體為鉺的有機(jī)金屬化合物(CpMe) 3Er，氧的提供者為去離子水、臭氧或氧氣中的任一種，腔室的反應(yīng)溫度為15(T500°C，壓力為5(Tl00Pa，蒸發(fā)溫度為5(T20(TC，腔室的清洗氣體為常規(guī)惰性氣體Ar，沉積周期為30個(gè)周期，制成含有氧化鉺鈍化層的電池片。
[0023]C、沉積完氧化鉺鈍化層之后，進(jìn)行退火處理，在鈍化層與P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)之間生成SiO2緩沖層。將電池片放入通有N2惰性氣體的退火爐中，退火溫度設(shè)定為400°C,退火時(shí)間0.5小時(shí),使鈍化層與晶娃襯底背光面的P型一側(cè)之間形成Inm左右的SiO2薄層(SiO2緩沖層)。
[0024]d、在氧化鉺鈍化層上絲網(wǎng)印刷鋁背電場(chǎng)和金屬柵狀背電極，背面金屬柵線電極為印刷鋁漿，柵狀電極的寬度為0.5?2mm;然后在電池片的正面絲網(wǎng)印刷正面電極，金屬柵線電極為印刷Ag衆(zhòng),細(xì)柵狀電極的寬度為0.05?0.Imm,主柵狀電極寬度為0.5?2mm。最后經(jīng)過(guò)烘干、燒結(jié)工序后，完整的帶有氧化鉺鈍化層的晶硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。
[0025]從圖1所示的帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出，在P型晶體硅襯底I上擴(kuò)散磷，形成N擴(kuò)散層2，在N擴(kuò)散層2上采用PECVD方法在其表面沉積了一層SiN減反射層3，P型晶硅襯底I背光面的P型一側(cè)用ALD方法沉積了氧化鉺鈍化層4，氧化鉺鈍化層4經(jīng)退火處理，形成SiO2緩沖層5，SiO2緩沖層5位于鈍化層4與P型晶硅襯底I背光面的P型一側(cè)之間，然后在鈍化層4上再絲網(wǎng)印刷鋁背電場(chǎng)6及金屬柵線背電極7，在減反射層3上絲網(wǎng)印刷金屬柵線前電極8。
[0026]實(shí)施例2:帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制備。其制備方法類似實(shí)施例1，不同之處在于:在鈍化工序中，氧化鉺鈍化層的厚度控制在10nm，氧的提供者為氧氣，腔室的清洗氣體為常規(guī)惰性氣體N2，沉積周期為100個(gè)周期；在退火工序中，保護(hù)性氣體為H2，退火溫度設(shè)定為500°C，退火時(shí)間4小時(shí)，形成2nm的SiO2緩沖層。
[0027]實(shí)施例3:帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制備。其制備方法類似實(shí)施例1，不同之處在于:在鈍化工序中，氧化鉺鈍化層的厚度控制在0.5nm，氧的提供者為臭氧，腔室的清洗氣體為常規(guī)惰性氣體N2，沉積周期為5個(gè)周期；在退火工序中，保護(hù)性氣體為O2，退火溫度設(shè)定為300°C，退火時(shí)間0.5小時(shí)，形成0.5nm的SiO2緩沖層。
[0028]實(shí)施例4:帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制備。其制備方法類似實(shí)施例1，不同之處在于:氧化鉺的ALD制備方法中，氧的提供者為臭氧與氧氣的混合氣體，腔室的反應(yīng)溫度為17(T330°C，壓力為66Pa，蒸發(fā)溫度為95°C，腔室的清洗氣體為常規(guī)惰性氣體Ar，氧化鉺鈍化層的厚度控制在12nm，沉積周期為100個(gè)周期。
[0029]實(shí)施例5:帶有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制備。其制備方法類似實(shí)施例1，不同之處在于:氧化鉺的ALD制備方法中前驅(qū)體為金屬β 二酮鹽Er (thd) 3，氧的提供者為臭氧，腔室的反應(yīng)溫度為25(T375°C，氧化鉺鈍化層的厚度控制在2.5nm，沉積周期為10個(gè)周期。
[0030]本發(fā)明所述的原子層沉積方法(ALD)為本領(lǐng)域內(nèi)普通專業(yè)技術(shù)人員所共知，不再重述。
[0031]以上是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而非限定，基于本發(fā)明思想的其他實(shí)施方式，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層，其特征是該鈍化層是由氧化鉺構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層，其特征是所述的鈍化層用于P型晶體硅太陽(yáng)能電池的背光面P型一側(cè)。
3.—種鈍化權(quán)利要求1或2所述的P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是在P型晶體硅太陽(yáng)能電池的制作中，當(dāng)P型晶體硅完成沉積減反射膜工序后，先在P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)沉積氧化鉺鈍化層，然后進(jìn)行退火處理，在鈍化層與P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)之間形成SiO2緩沖層，完成鈍化層的制備。
4.按照權(quán)利要求3所述的鈍化P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是所述的沉積于P型晶體硅太陽(yáng)能電池襯底背光面的P型一側(cè)的氧化鉺鈍化層，其厚度為0.5?IOnm0
5.按照權(quán)利要求3所述的鈍化P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是所述的氧化鉺鈍化層制備方法為ALD方法。
6.按照權(quán)利要求5所述的鈍化P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是所述的氧化鉺鈍化層的ALD制備方法中，前驅(qū)體為鉺的有機(jī)金屬化合物，氧的提供者為去離子水、臭氧或氧氣中的任一種或幾種，腔室的反應(yīng)溫度為15(T500°C，壓力為5(Tl00Pa，蒸發(fā)溫度為5(T200°C，腔室的清洗氣體為惰性氣體Ar或隊(duì)，沉積周期為5-100個(gè)周期。
7.按照權(quán)利要求3所述的鈍化P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是所述的退火處理形成SiO2緩沖層的工藝，是將沉積有氧化鉺鈍化層的P型晶體硅電池片，放入通有保護(hù)性氣體的退火爐中，退火溫度為30(T600°C，退火時(shí)間0.5?4小時(shí)，在鈍化層與P型晶體硅襯底背光面的P型一側(cè)之間形成SiO2緩沖層。
8.按照權(quán)利要求7所述的鈍化P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是所述的退火處理工藝中的保護(hù)性氣體采用Ar、N2, N2O, H2, O2中的至少一種。
9.按照權(quán)利要求3所述的鈍化P型晶體硅太陽(yáng)能電池的鈍化層的工藝，其特征是所述的SiO2緩沖層厚度為0.5?2nm。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103746007SQ201410031066
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李愛(ài)麗, 劉吉人, 萬(wàn)資仁, 唐維泰, 余欽章, 李文艷, 羅偉, 潘若宏, 張志紅 申請(qǐng)人:通用光伏能源(煙臺(tái))有限公司