CN103590014A - 掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法。使用等离子体辅助化学气相沉积的方法，采用SiH4、CO2和H2作为气源进行掺氧氢化非晶硅薄膜沉积以钝化晶硅表面。可使得钝化后硅片表面的复合速率降低到10cm/s以下，甚至低于1cm/s；impliedVoc超过730mV；并且相比于单纯的氢化非晶硅薄膜钝化，掺氧薄膜的钝化效果随工艺参数变化波动较为平缓，有利于大面积及连续生产中降低生产工艺的控制精度，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅片钝化方法，尤其涉及一种掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法。
背景技术
晶硅异质结太阳能电池具有转换效率高、温度衰减小，光致衰减效应小以及工艺温度低等优点，是目前太阳能电池领域中很具大规模生产潜力的一种太阳能电池结构，其器件结构与制备技术均与传统晶硅电池差别显著。
晶硅异质结太阳能电池中为最关键的构成及技术之一为晶体硅片表面的的本征钝化层及其制备技术。因为本征钝化层性能的优劣直接决定了太阳能电池的转换效率，而钝化层的质量又是由其制备工艺决定的。目前本征钝化层的材料基本为氢化非晶硅薄膜（a-Si:H）,制备方法有等离子体辅助化学气相沉积和热丝化学气相沉积。
晶硅异质结太阳能电池中硅片表面的钝化主要依靠本征钝化层中的氢原子来钝化硅片表面悬挂键。早期研究发现（Phys. Rev. B, 1983, 28: 3225–3233）：非晶硅中掺入一定量的氧可起到固氢的作用，增加薄膜中的氢含量。所以以掺氧氢化非晶硅薄膜作为晶硅异质结太阳能电池的本征钝化层应可提高硅片表面钝化的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法，以提高该薄膜对晶硅表面的钝化效果，从而提高晶硅异质结太阳能电池的转换效率。
为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案。一种掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法，其特征在于采用硅烷(SiH4)作为硅源，二氧化碳（CO2）作为氧源，氢气（H2）作为载气和催化气体；在等离子体源采用频率为13.56MHz的射频源或者频率为20～100MHz的甚高频源时，采用等离子体辅助化学气相沉积法在晶硅异质结太阳能电池用硅片上沉积掺氧氢化非晶硅薄膜。
作为本发明的进一步优选，所述沉积工艺参数设定范围为：基板间距1.5～4.0 cm，SiH4:CO2流量比为1:0.1～1:10，SiH4:H2的流量比为1:1～1:100，沉积气压为10～500 Pa，功率密度为0.02～1 W/cm2，沉积过程中样品保持温度150～250 ℃。
本发明的有益效果是：可使得钝化后硅片表面的复合速率降低到10cm/s以下，甚至低于1cm/s；隐含开路电压（implied Voc）超过730mV；并且相比于单纯的非晶硅薄膜钝化，掺氧薄膜的钝化效果随工艺参数变化波动较为平缓，有利于大面积及连续生产中降低生产工艺的控制精度，降低成本。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合优选实施例对本发明进一步详细阐明。
实施例1
对于采用n-型直拉单晶硅片Si(100)，双面去除损伤层，且清洗洁净后进行双面沉积掺氧氢化非晶硅双面钝化晶硅表面，并进行与氢化非晶硅钝化晶硅表面的对比实验。
采用13.56MHz的射频等离子源进行沉积。基板间距为2.5 cm，沉积参数为：1) 对于掺氧氢化非晶硅薄膜：样品加热温度为200 ℃，SiH4:CO2:H2＝3:2.1:15，沉积功率密度为0.05 W/cm2, 沉积气压在15 Pa～45 Pa之间变化，沉积不同的样品进行测试分析。2) 对于氢化非晶硅薄膜：样品加热温度为200 ℃，SiH4:CO2:H2＝3:2.1:15，沉积功率密度为0.05 W/cm2, 沉积气压在15 Pa～45 Pa之间变化，沉积不同的样品进行测试分析。对于所有样品，沉积时间均设定为30 min。沉积完一面后降温，然后将样品翻转对另一面进行相同工艺参数的沉积，所得样品采用匈牙利施美乐博（Semilab）公司的WT－2000和PV－2000进行少子寿命和隐含开路电压（implied Voc）的分析。
所获得的掺氧氢化非晶硅钝化的硅片在双面钝化后少子寿命达到了953 μs，表面复合速率降低到了9.6 cm/s, 隐含开路电压（implied Voc）达到了731 mV。检测随气压变化两种薄膜对硅片钝化后少子寿命的影响发现相比于单纯的氢化非晶硅薄膜钝化，掺氧薄膜的钝化效果随工艺参数变化波动较为平缓。
实施例2
对于采用n-型直拉单晶硅片Si(100)，双面去除损伤层，且清洗洁净后进行双面沉积掺氧氢化非晶硅双面钝化晶硅表面，并进行与氢化非晶硅钝化晶硅表面的对比实验。
采用20MHz的射频等离子源进行沉积。基板间距为4.0 cm，沉积参数为：1) 对于掺氧氢化非晶硅薄膜：样品加热温度为250 ℃，SiH4:CO2:H2＝1:2:30，沉积功率密度为0.2W/cm2, 沉积气压在15 Pa～45 Pa之间变化，沉积不同的样品进行测试分析。2) 对于氢化非晶硅薄膜：样品加热温度为150 ℃，SiH4:CO2:H2＝1:5:5，沉积功率密度为0.5W/cm2, 沉积气压在15 Pa～45 Pa之间变化。
实施例3
对于采用n-型直拉单晶硅片Si(100)，双面去除损伤层，且清洗洁净后进行双面沉积掺氧氢化非晶硅双面钝化晶硅表面，并进行与氢化非晶硅钝化晶硅表面的对比实验。
采用100MHz的射频等离子源进行沉积。基板间距为1.5 cm，沉积参数为：1) 对于掺氧氢化非晶硅薄膜：样品加热温度为150 ℃，SiH4:CO2:H2＝1:10:1，沉积功率密度为0.02W/cm2, 沉积气压在15 Pa～45 Pa之间变化，沉积不同的样品进行测试分析。2) 对于氢化非晶硅薄膜：样品加热温度为250 ℃，SiH4:CO2:H2＝1:0.1:100，沉积功率密度为1W/cm2, 沉积气压在15 Pa～45 Pa之间变化。
上述实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但并不能理解为对本发明保护范围的限制，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法，其特征在于采用SiH4作为硅源，CO2作为氧源，H2作为载气和催化气体；在等离子体源采用频率为13.56MHz的射频源或者频率为20～100MHz的甚高频源时，采用等离子体辅助化学气相沉积法在晶硅异质结太阳能电池用硅片上沉积掺氧氢化非晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种掺氧氢化非晶硅薄膜高效钝化晶硅异质结太阳能电池用硅片的方法，其特征在于沉积工艺参数为：基板间距1.5～4.0 cm，SiH4:CO2流量比为1:0.1～1:10，SiH4:H2的流量比为1:1～1:100，沉积气压为10～500 Pa，功率密度为0.02～1 W/cm2，沉积过程中样品保持温度150～250 ℃。
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