專利名稱：一種晶體硅太陽能電池p型硅背面鈍化膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
降低太陽能電池的生產(chǎn)成本，提高太陽能電池的效率始終是太陽能電池業(yè)界追求的目標(biāo)。從降低成本的角度考慮，需要減少硅材料的使用量，也就是降低硅片的厚度。但是，隨著硅片厚度的減小，硅片表面狀態(tài)對電池性能的影響變得更加重要。首先，由于硅片表面存在大量的懸掛鍵和表面態(tài)。需要對硅片表面進(jìn)行鈍化處理，以降低硅片表面的光生載流子的復(fù)合速率，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。對于P型單晶硅來說，表面鈍化技術(shù)可以分為兩種一是引入雜質(zhì)阻止載流子到表面的傳輸；二是沉積或者生長一層介質(zhì)膜以減小表面態(tài)密度。第一種引入雜質(zhì)。目前普遍采用的是通過絲網(wǎng)印刷方法印刷Al漿然后燒結(jié)形成背表面場。對于P型硅太陽能電池背表面鈍化技術(shù)，根據(jù)原理來講，在燒結(jié)溫度為750-900°C范圍內(nèi)，Al摻雜的背表面場具有峰值濃度為l-3xl018cm_3。雖然在2_3ohm · cmSi材料上實(shí)現(xiàn)了 200cm/s的復(fù)合速率。然而該復(fù)合速率值在實(shí)際中是很難重復(fù)的，也不足以實(shí)現(xiàn)20%的效率值，而內(nèi)表面反射率也處于65-80%之間，并且Al-Si合金形成過程中Al和Si材料在熱膨脹系數(shù)上的差異造成了太陽能電池的翹曲。這些缺點(diǎn)在越來越薄的硅片上顯得問題更加關(guān)出。第二種沉積介質(zhì)層。對于實(shí)驗(yàn)室高小晶體硅太陽能電池，可以通過熱氧化SiO2生長工藝來抑制少數(shù)載流子在表面的復(fù)合，特別是在輕摻雜的背表面，可以達(dá)到非常低的表面復(fù)合速率。背表面處，熱氧化生長的SiO2層結(jié)合蒸鍍的Al膜，在經(jīng)過約400°C左右的退后處理之后，可以在低電阻率的P型硅片上，將表面復(fù)合速率降低至20cm/S以下。除此之夕卜，電池背表面的Si02/Al疊層結(jié)構(gòu)還可以作為近代隙光子的極佳反射器，可顯著提升(背表面的)限光特性并提高太陽能電池的短路電流，但是由于硅材料的體少子壽命對高溫工藝的敏感性，尤其是對于多晶硅，900°C以上的高溫氧化工藝通常會(huì)導(dǎo)致少子壽命的明顯衰退。因此對于未來高效的工業(yè)化硅太陽能電池技術(shù)而言，需要一種新的工藝來實(shí)現(xiàn)背表面的鈍化。有研究者曾經(jīng)研究過使用PECVD方法在400°C左右的溫度下制備SiNx膜來代替熱氧化法制備Si02。同樣，此法可以在低電阻率的P型硅片上得到與熱氧化法制備的SiO2相媲美的較低的表面復(fù)合速率。但是，將這一技術(shù)用于P型的PERC(發(fā)射極及背表面鈍化電池)電池時(shí)，電池短路電流相較于采用SiO2鈍化電池背表面時(shí)有大幅度的下降。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是由于在SiNx膜層內(nèi)，固定的正電荷密度較大，導(dǎo)致SiNx下方的P型硅電性能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，而這一反轉(zhuǎn)層與基底中金屬接觸區(qū)的耦合導(dǎo)致了短路電流密度和填充因子都明顯受損，這種負(fù)面效應(yīng)即人們所知的寄生電容效應(yīng)。最近，比利時(shí)微電子研究中心(MEC)，漢諾威大學(xué)太陽能研究所(ISFH)，弗朗恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究院(Fraunhofer ISE)等研究機(jī)構(gòu)采用Al2O3在p型娃表面實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的鈍化效果。Fraunhofer ISE采用這種Al2O3表面鈍化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效電池的制作，效率高達(dá)23. 9%。然而該鈍化膜采用原子層沉積制備技術(shù)沉積，存在制備技術(shù)產(chǎn)能低，沉積速度慢，工藝成本高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種制作鈍化膜成本低、產(chǎn)量高的晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜及其制備方法。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜，其特征是，由上下兩層SiOxNy薄膜組成，所述第一層SiOxNy薄膜為富氧型SiOxNy薄膜,第二層SiOxNy薄膜為富氮型SiOxNy薄膜。 進(jìn)一步地，所述一種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜的制備方法，包括以下步驟a、按照晶體硅太陽能電池的工藝在P型硅片擴(kuò)散制備PN結(jié)；b、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，以SiH4，NH3，N20或者02作為反應(yīng)氣體源，再經(jīng)步驟a處理后的晶體硅襯底表面沉積SiOxNy薄膜作為鈍化層，并且在制備過程中調(diào)節(jié)N20或02的比例，控制薄膜的成分。 再進(jìn)一步地，所述步驟b為采用磁控濺射的方法，以Si作為靶材，NH3或者N2, O2作為反應(yīng)氣源，Ar氣作為等離子體增強(qiáng)氣體，再經(jīng)步驟a處理的晶體硅襯底表面沉積SiOxNy作為鈍化層，并且在制備過程中調(diào)節(jié)NH3或者N2和O2的比例，控制薄膜的成分。更進(jìn)一步地,所述的步驟b中SiOxNy薄膜的厚度為20_100nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于這種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜克服了高溫氧化對硅片少子壽命的損傷，也避免了 SiNx膜中正電荷對背表面鈍化的影響，極大的改善電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率，且制備工藝簡單，成本低廉，可以極大地降低電池片的處理成本，降低電池生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例I :
首先采用常規(guī)方法清洗硅片、制絨；將P型硅片放在擴(kuò)散爐內(nèi)，在850°c下使用三氯氧磷進(jìn)行擴(kuò)散得到PN結(jié)；采用HF去除磷硅玻璃，去除背面和邊緣的PN結(jié)，同時(shí)對背表面進(jìn)行拋光處理；采用PECVD技術(shù)在P型硅片的N型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層。在磁控濺射設(shè)備上，采用Ar氣作等離子增強(qiáng)氣體對高純(純度為99. 99%)的Si靶進(jìn)行濺射轟擊，采用NH3, O2作為反應(yīng)氣體，通過反應(yīng)濺射技術(shù)，在P型硅背表面濺射沉積得到SiOxNy，以實(shí)現(xiàn)背場鈍化。上述濺射反應(yīng)的溫度為300°C，Ar氣流量為lOsccm，反應(yīng)氣壓為2. 7Pa，N2分壓為O. 9Pa，靶功率為600W。膜中氮與氧成分通過控制NH3,02氣體分壓來控制。濺射沉積中，初始氧氣分壓為2. OPa，待膜厚至20nm時(shí)，增加NH3的分壓至I. 5Pa，至膜厚為IOOnm止。實(shí)施例2:
首先采用常規(guī)方法清洗硅片、制絨；將P型硅片放在擴(kuò)散爐內(nèi)，在850°c下使用三氯氧磷進(jìn)行擴(kuò)散得到PN結(jié)；采用HF去除磷硅玻璃，去除背面和邊緣的PN結(jié)，同時(shí)對背表面進(jìn)行拋光處理；采用PECVD技術(shù)在P型硅片的N型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層。采用PECVD技術(shù)，以SiH3, NH3, N2O作為反應(yīng)氣體，在P型硅背表面反應(yīng)沉積得到SiOxNy薄膜以實(shí)現(xiàn)背場鈍化。上述沉積反應(yīng)中反應(yīng)壓力為200Pa，氣體總流量為2000sccm，基板溫度300°C，頻率為40KHZ，沉積過程中，初始流量比為1:10:4，待膜厚至20nm時(shí)，增加NH3的含量流量比為1:20:10，至膜厚為IOOnm止。這種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜克服了高溫氧化對硅片少子壽命的損傷，也避免了 SiNx膜中正電荷對背表面鈍化的影響；由于在背表面采用Si/介質(zhì)/金屬型結(jié)構(gòu)，從而在P型硅襯底的背表面引入一個(gè)有效地反射鏡，背反射率達(dá)到90%以上，同時(shí)由于SiOxNy的鈍化特性，能夠?qū)型硅表面進(jìn)行有效地鈍化處理，從而替代傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷Al背場，極大的改善電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。 并且本發(fā)明鈍化層中含有H元素，可以對P型硅表面的不飽和懸掛鍵進(jìn)行飽和處理；另外，該制備工藝簡單，成本低廉，可以極大地降低電池片的處理成本，降低電池生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。需要強(qiáng)調(diào)的是以上僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜，其特征是，由上下兩層SiOxNy薄膜組成，所述第一層SiOxNy薄膜為富氧型SiOxNy薄膜,第二層SiOxNy薄膜為富氮型SiOxNy薄膜。
2.一種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜的制備方法，其特征是，包括以下步驟 a、按照晶體硅太陽能電池的工藝在P型硅片擴(kuò)散制備PN結(jié)； b、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，以SiH4,N H3, N2O或者O2作為反應(yīng)氣體源，再經(jīng)步驟a處理后的晶體硅襯底表面沉積SiOxNy薄膜作為鈍化層，并且在制備過程中調(diào)節(jié)N2O或O2的比例，控制薄膜的成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜的制備方法，其特征是，所述步驟b為采用磁控濺射的方法，以Si作為靶材，NH3或者N2, O2作為反應(yīng)氣源，Ar氣作為等離子體增強(qiáng)氣體，再經(jīng)步驟a處理的晶體硅襯底表面沉積SiOxNy作為鈍化層，并且在制備過程中調(diào)節(jié)NH3或者N2和O2的比例，控制薄膜的成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜的制備方法，其特征是，所述的步驟b中SiOxNy薄膜的厚度為20_100nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜及其制備方法，所述鈍化膜由上下兩層SiOxNy薄膜組成，所述第一層SiOxNy薄膜為富氧型SiOxNy薄膜，第二層SiOxNy薄膜為富氮型SiOxNy薄膜。這種晶體硅太陽能電池P型硅背面鈍化膜克服了高溫氧化對硅片少子壽命的損傷，也避免了SiNx膜中正電荷對背表面鈍化的影響，極大的改善電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率，且制備工藝簡單，成本低廉，可以極大地降低電池片的處理成本，降低電池生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號H01L31/0216GK102969367SQ20121053340
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者魯偉明 申請人:泰通(泰州)工業(yè)有限公司