CN101872801B - 一种掺铝氧化锌重掺杂n型硅欧姆接触的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，涉及太阳能电池。提供一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法。将P型多晶硅片清洗后，再以三氯氧磷为源扩磷，然后用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层，得扩磷后的多晶硅片；在扩磷后的多晶硅片的N型层上光刻出圆形传输线模型图形，再生长氧化锌掺铝薄膜，得样品；将样品浸泡在丙酮中，剥离多晶硅片N型层上的光刻胶后，退火，得掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触。所制备的掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触，通过不同退火的时间和温度由实验得到最优的欧姆接触制备条件，得到最佳的比接触电阻，提高多晶硅太阳电池的光电转换效率，满足器件性能要求，可用于高效率硅太阳能电池透明电极的制备。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅(AZO/N+-Si)欧姆接触的制备方法。
背景技术
ZnO薄膜具有高透过率和高导电率，退火或掺杂能改变ZnO薄膜的电学和光学性能。其中，掺杂引起吸收带边蓝移，能提高近紫外的透过率，这就是著名的Burstein-Moss效应。可见光平均透光率能达到90％以上，这可以满足大多数光电领域的应用要求。而退火能改变透过率、电导率和晶体结构。铝掺杂的氧化锌(Al-doped ZnO，简称AZO)因具有低电阻率和高可见光透过率，加上其原材料丰富，价格低廉且无污染，成为当前可选择的主要透明导电氧化物材料之一。
目前，能源紧缺、环境污染越来越严重，这一切使人们对可再生能源，尤其是太阳能的利用产生极大兴趣，但太阳能电池效率不高是太阳能的利用所面临的一个主要问题。所以希望能将AZO用在低成本多晶硅太阳能电池的表面做透明电极，来提高太阳能电池的效率，但目前主要用于非晶硅太阳电池([1]O.Kluth，B.Rech，L.Houben，S.Wieder，G.，C.Beneking，H.Wagner，A.
and H.W.Schock.Thin Solid Films Vol.351，(1999)，p.247-253；[2]J.Müller，B.Rech，J.Springer and M.Vanecek，Sol.Energy 77(2004)，p.917；[3]R.Groenen，J.L.Linden，H.R.M.van Lierop，D.C.Schram，A.D.Kuypers and M.C.M.van de Sanden.Appl.Surf.Sci.173(2001)，p.40)、CIGS太阳电池([4]T.Nakada，Y.Hirabayashi，T.Tokado，D.Ohmori andT.Mise，Sol.Energy 77(2004)，p.739)和异质结太阳电池([5]A.A.Ibrahim，A.Ashour，J.Mater.Sci.：Mater.Electron.17，(2006)p.835)，而很少用于多晶硅和单晶硅太阳电池中。
能否将AZO做透明电极，最重要的是制作出接触电阻低、可靠性良好的高质量欧姆接触。器件的电学性能和稳定性变差主要原因是半导体材料和金属界面接触处存在较大的电压降。器件正常工作要求良好的欧姆接触，若接触电阻率太大，则会使正向电压增大、发热、无用功耗增大，性能就会降低。欧姆接触没有做好，可能形成肖特基接触就会降低器件的性能。目前生产的硅太阳电池都是N+/P的结构。所以，实现AZO与N-型多晶硅的低阻欧姆接触是提高太阳能硅的关键工艺之一，也是进一步提高太能电池效率性能的基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法。
本发明包括以下步骤：
1)将P型多晶硅片清洗后，再以三氯氧磷(POCl3)为源扩磷，然后用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层，得扩磷后的多晶硅片；
2)在扩磷后的多晶硅片的N型层上光刻出圆形传输线模型图形，再生长氧化锌掺铝(AZO)薄膜，得样品；
3)将样品浸泡在丙酮中，剥离多晶硅片N型层上的光刻胶后，退火，得掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触。
在步骤1)中，所述P型多晶硅片的电阻率可为0.5～3.0Ω·cm，所述清洗可采用常规太阳能电池制备标准工艺进行清洗，所述清洗的流程可为：先将P型多晶硅片在去离子水中冲洗至少1遍，去除可见颗粒，再放入III号液中煮沸，冷却后倒掉残液，再用去离子水冲洗至少1遍后，放入腐蚀液中，腐蚀后用去离子水冲洗至少1遍后，放入II号液中，再水浴，倒掉残液，再用去离子水冲洗至少1遍后烘干；然后，以三氯氧磷(POCl3)为源扩磷，再用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层；所得扩磷后的多晶硅片的方块电阻可为20Ω/□～50Ω/□，所述方块电阻的测量可采用SZT-2000四探针测试仪。
所述III号液为浓H2SO4∶H2O2＝4∶1；
所述腐蚀液可为HF∶HNO3＝1∶3，所述腐蚀的速率可为1μm/s。
所述II号液可为HCl∶H2O2∶H2O＝1∶2∶8。
所述烘干的温度可为120～130℃，烘干的时间可为30min。
所述扩磷的温度可为850～1050℃，扩磷的时间可为3～10min。
在步骤2)中，所述生长氧化锌掺铝(AZO)薄膜，可采用磁控溅射仪；所述氧化锌掺铝薄膜的厚度可为100～180nm。
在步骤3)中，所述退火可在微机扩散炉内退火；所述退火最好在氮气保护下退火，退火的温度可为350～600℃，退火的时间可为2.5～15min。
所得掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触可采用Keithley 2410电源表和Keithley 6514静电计进行测试。
比接触电阻率ρc是表征金属与半导体欧姆接触性能好坏的重要参数，要提高它的效率必须满足两个条件：(1)欧姆接触即I-V曲线是线性，(2)比接触电阻要尽可能降低。本发明所制备的掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触，满足了上述两个条件，通过不同退火的时间和温度由实验得到最优的欧姆接触制备条件，得到最佳的比接触电阻，提高多晶硅太阳电池的光电转换效率，满足器件性能要求，可用于高效率硅太阳能电池透明电极的制备。
附图说明
图1为本发明实施例的退火温度对比接触电阻的影响。在图1中，横坐标为退火温度Annealing Temperature(℃)，纵坐标为比接触电阻Specific Contact Resistance(Ω.cm2)。
图2为本发明实施例在500℃温度下不同退火时间对比接触电阻的影响。在图2中，横坐标为退火时间Annealing time(min)，纵坐标为比接触电阻Specific Contact Resistance(Ω.cm2)。
具体实施方式
实施例1
(1)将电阻率0.5～3.0Ω·cm的P型多晶硅用常规太阳能电池制备标准工艺的进行清洗后，以三氯氧磷(POCl3)为源在850℃下扩磷8min左右，然后用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层，用SZT-2000四探针测试仪测得方块电阻为20～50Ω/□。
(2)将扩磷后的多晶硅片的N型层上光刻出圆形传输线模型图形。
(3)在样品上用磁控溅射仪生长厚度约为140m的AZO薄膜。靶材为国产ZnO:Al2O3陶瓷靶(纯度9.99％)Al2O3的掺杂量2.0wt％。
(4)将样品浸泡在丙酮中，用棉球轻擦进行剥离。
(5)用型号L451300-4型/QXG的四管微机扩散炉内在氮气保护下500℃退火7.5min。
(6)测试并计算出比接触电阻为6.56×10-3Ω·cm2。
实施例2
(1)将电阻率0.5～3.0Ω·cm的P型多晶硅用常规太阳电池制备标准工艺的进行清洗后，以三氯氧磷(POCl3)为源在920℃下扩磷5min左右，然后用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层，用SZT-2000四探针测试仪测得方块电阻在20Ω/□～50Ω/□之间。
(2)将扩磷后的多晶硅片的N型层上光刻出圆形传输线模型图形。
(3)在样品上用磁控溅射仪生长厚度约为150nm的AZO薄膜。靶材为国产ZnO:Al2O3陶瓷靶(纯度9.99％)Al2O3的掺杂量2.0wt％。
(4)将样品浸泡在丙酮中，用棉球轻擦进行剥离。
(5)用型号L451300-4型/QXG的四管微机扩散炉内在氮气保护下500℃退火10min。
(6)测试并计算出比接触电租为5×10-4Ω·cm2。
实施例3
(1)将电阻率0.5～3.0·cm的P型多晶硅用常规太阳电池制备标准工艺的进行清洗后，以三氯氧磷(POCl3)为源在900℃下扩磷5min左右，然后用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层，用SZT-2000四探针测试仪测得方块电阻在20Ω/□～50Ω/□之间。
(2)将扩磷后的多晶硅片的N型层上光刻出圆形传输线模型图形。
(3)在样品上用磁控溅射仪生长厚度约为150nm的AZO薄膜。靶材为国产ZnO:Al2O3陶瓷靶(纯度9.99％)Al2O3的掺杂量2.0wt％。
(4)将样品浸泡在丙酮中，用棉球轻擦进行剥离。
(5)用型号L451300-4型/QXG的四管微机扩散炉内在氮气保护下550℃退火5min。
(6)测试并计算出比接触电阻为8.27×10-3Ω·cm2。
比接触电阻的计算可根据参考文献([6]黄生荣.厦门大学博士论文.CaN基LED外延片的激光改性及其低工作电压.高发光效率蕊片的研制.79-87)进行。对AZO薄膜在氮气中进行不同时间和温度下退火，测得的比接触电阻值退火时间和温度的关系如图1和2所示，实验得出最佳的退火温度为500℃，时间为12.5min，此时获得的最佳比接触电阻为4.64×10-4Ω·cm2。
Claims (10)
1.一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将P型多晶硅片清洗后，再以三氯氧磷为源扩散磷，然后用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层，得扩散磷后的多晶硅片；
2)在扩散磷后的多晶硅片的N型层上光刻出圆形传输线模型图形，再生长氧化锌掺铝薄膜，得样品；
3)将样品浸泡在丙酮中，剥离多晶硅片N型层上的光刻胶后，退火，得掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触。
2.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述P型多晶硅片的电阻率为0.5～3.0Ω·cm。
3.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述清洗的流程为：先将P型多晶硅片在去离子水中冲洗至少1遍，去除可见颗粒，再放入III号液中煮沸，冷却后倒掉残液，再用去离子水冲洗至少1遍后，放入腐蚀液中，腐蚀后用去离子水冲洗至少1遍后，放入II号液中，再水浴，倒掉残液，再用去离子水冲洗至少1遍后烘干；然后，以三氯氧磷为源扩散磷，再用氢氟酸腐蚀去表面的磷硅玻璃层；所得扩散磷后的多晶硅片的方块电阻为20Ω/□～50Ω/□；所述III号液为浓H2SO4∶H2O2＝4∶1；所述腐蚀液为HF∶HNO3＝1∶3，所述II号液为HCl∶H2O2∶H2O＝1∶2∶8。
4.如权利要求3所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述腐蚀的速率为1μm/s。
5.如权利要求3所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述烘干的温度为120～130℃，烘干的时间为30min。
6.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述扩散磷的温度为850～1050℃，扩散磷的时间为3～10min。
7.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述氧化锌掺铝薄膜的厚度为100～180nm。
8.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述退火在微机扩散炉内退火。
9.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述退火是在氮气保护下退火。
10.如权利要求1所述的一种掺铝氧化锌重掺杂N型硅欧姆接触的制备方法，其特征在于在步骤3)中，退火的温度为350～600℃，退火的时间为2.5～15min。
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