CN103296143A - 晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，在进行氮化硅镀膜之前，通过光照对置于氧化气体中的晶体硅进行氧化处理，在晶体硅表面生成氧化硅层；所述光照采用波长为100-5000nm的光，氧化处理温度为0-450℃。本发明提供的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，能在低温条件下在晶体硅表面生成氧化硅层，由于本发明无需高温过程，因而不会影响硅片的少子寿命。本发明的氧化硅层与氮化硅镀膜相结合，可以有效增强硅片表面的钝化效果，提高太阳电池的光电转换效率。且本发明氧化处理时氧化硅层的增厚速率高，大大缩短氧化处理时间，提高了产能。本发明还不需要真空环境，可在常压下进行，设备低廉，工艺简单，重复性好，且与现行的太阳电池工艺兼容。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺。
背景技术
在太阳能电池的制作工艺中，良好的表面钝化是太阳能电池获得高转换效率的关键所在，目前传统晶体硅太阳能电池主要是用等离子增强化学气相在硅片表面沉积氮化硅薄膜来进行钝化，但是氮化硅的晶格常数与硅的晶格常数有较大的差异，导致在氮化硅/硅界面处产生较大的晶格畸变，从而影响钝化效果。而氧化硅/硅界面的晶格畸变很小，同时氧化硅可以很好的对硅表面进行钝化，因此在硅与氮化硅薄膜之间沉积一层很薄的氧化硅薄膜可以有效的解决晶格畸变问题，从而提升钝化效果。
目前在半导体工业中，在硅表面生长氧化硅薄膜有相应工艺，但半导体行业中的氧化硅薄膜主要用于绝缘的目的，对绝缘性和厚度有比较高的要求。而在太阳能电池领域，氧化硅主要用于钝化的目的，且厚度远远小于半导体行业中的要求。
目前，在硅表面沉积氧化硅薄膜的方法主要有高温氧化法和湿化学氧化法，但是前者需要额外的高温过程，容易导致硅片翘曲，降低硅片的少子寿命；而后者形成的氧化硅薄膜致命性不足，容易引人金属污染，且增加工艺的复杂性和制造成本。因而这两种钝化方法都达不到电池钝化的效果，也很难整合到目前的电池工艺中。
目前已有的硅表面沉积氧化硅薄膜的低温氧化法，需要在硅片上施加负电势，且需要在真空环境下进行，设备的产能难以满足电池制造要求，且制造成本高，很难应用于电池工艺中。
而且，现有的在晶体硅表面生长氧化硅薄膜的工艺，都需要较长氧化处理时间，造成资源浪费、能耗提高、产能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其能在低温条件下在晶体硅表面生成氧化硅层，增强晶体硅太阳能电池表面钝化，且氧化处理时氧化硅层的增厚速率高，大大缩短了氧化处理时间，提高了产能。
为实现所述目的，本发明的技术方案是设计一种晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，在进行氮化硅镀膜之前，通过光照对置于氧化气体中的晶体硅进行氧化处理，在晶体硅表面生成氧化硅层；其中，所述光照采用波长为100-5000nm的光，氧化处理温度为0-450℃。
优选的，所述氧化气体为氧气、臭氧、空气、水蒸气和笑气中的一种或几种。
优选的，所述氧化处理时氧化硅层的增厚速率为0.2-10nm/min。
优选的，所述氧化硅层的厚度为0.1-10nm。
优选的，所述光照采用的是单一波长的光或波长连续分布的光。
优选的，所述氧化处理在常压下进行。
优选的，所述光照强度为50-5000W/m2。
优选的，所述光照时间为0.1-10min。
优选的，所述光照采用波长为145-250nm的光。
优选的，所述光照采用波长为800-1200nm的光。
本发明提供的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，是在氮化硅镀膜之前，在0-450℃的低温条件下，通过光照对置于氧化气体中的晶体硅进行氧化处理，在晶体硅表面生成氧化硅层。上述光照可以采用单一波长的光，也可以采用波长连续分布的光，当采用波长连续分布的光时，光照的光源可采用该连续波段的全波段光源。上述氧化气体为含有原子氧或通常的分子氧以及由其衍生的自由基和臭氧的气体，如氧气、臭氧、空气、水蒸气和笑气中的一种或几种。
且本发明氧化处理时氧化硅层的增厚速率达到0.2-10nm/min，即每0.1min-5min，氧化硅层增厚1nm。与现有工艺相比，本发明大大缩短了氧化处理时间，提高了产能，避免了长时间氧化处理带来的浪费资源。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其能在低温条件下在晶体硅表面生成氧化硅层，由于本发明无需高温过程，因而不会影响硅片的少子寿命。本发明的氧化硅层与氮化硅镀膜相结合，可以有效增强硅片表面的钝化效果，提高太阳电池的光电转换效率。且本发明氧化处理时氧化硅层的增厚速率高，大大缩短了氧化处理时间，提高了产能。本发明还不需要真空环境，可在常压下进行，设备低廉，工艺简单，重复性好，且与现行的太阳电池工艺兼容。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明主要用于增强晶体硅太阳能电池表面钝化，本发明要求形成的氧化硅层位于硅衬底与氮化硅薄膜之间。
本发明提供的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，是在氮化硅镀膜之前，在低温条件下，通过光照对置于氧化气体中的晶体硅进行氧化处理，在晶体硅表面生成氧化硅层。上述光照可以采用单一波长的光，也可以采用波长连续分布的光，当采用波长连续分布的光时，光照的光源可采用该连续波段的全波段光源。上述氧化气体为含有原子氧或通常的分子氧以及由其衍生的自由基和臭氧的气体，如氧气、臭氧、空气、水蒸气和笑气中的一种或几种。
本发明具体实施的技术方案是：
实施例1
将单晶硅片制绒后，使用POCl3进行扩散，使用等离子刻蚀进行刻边，然后用氢氟酸浸泡去除硅片表面的磷硅玻璃，将去除了磷硅玻璃的硅片置于波长145-250nm的紫外光下，辐照功率为2500W/m2，气氛为空气，温度为300℃，辐照1min，在硅片表面形成一层厚度约为1nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约9min。
实施例2
将多晶硅片制绒后，使用POCl3进行扩散，使用湿法（HF/HNO3/H2SO4/H2O）刻蚀进行刻边，然后用氢氟酸浸泡去除硅片表面的磷硅玻璃，将去除了磷硅玻璃的硅片置于波长800-1200nm的红外光下，辐照功率为5000W/m2，气氛为氧气，温度为200℃，辐照1min，在硅片表面形成一层厚度约为0.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约4min。
实施例3
将单晶硅片制绒后，使用POCl3进行扩散，使用等离子刻蚀进行刻边，然后用氢氟酸浸泡去除硅片表面的磷硅玻璃，将去除了磷硅玻璃的硅片置于波长100-5000nm的连续波长光源下，辐照功率为4500W/m2，常压，气氛为含有氧气的混合气体，温度为450℃，辐照10min，在硅片表面形成一层厚度约为10nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约90min。
实施例4
在实施例1的基础上，改硅片置于波长200-250nm的紫外光下，辐照功率为1500W/m2，气氛为臭氧，温度为150℃，辐照5min，在硅片表面形成一层厚度约为1nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约5min。
实施例5
在实施例1的基础上，改硅片置于波长205-245nm的紫外光下，辐照功率为2500W/m2，气氛为笑气，温度为250℃，辐照7min，在硅片表面形成一层厚度约为6nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约53min。
实施例6
在实施例1的基础上，改硅片置于波长205-220nm的紫外光下，辐照功率为50W/m2，气氛为水蒸气，温度为0℃，辐照0.1min，在硅片表面形成一层厚度约为1nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约9.9min。
实施例7
在实施例1的基础上，改硅片置于波长225-245nm的紫外光下，辐照功率为500W/m2，气氛为氧气，温度为50℃，辐照2min，在硅片表面形成一层厚度约为0.8nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约6min。
实施例8
在实施例1的基础上，改硅片置于波长145nm的紫外光下，辐照功率为1000W/m2，气氛为氧气，温度为150℃，辐照1min，在硅片表面形成一层厚度约为2nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约19min。
实施例9
在实施例1的基础上，改硅片置于波长200nm的紫外光下，辐照功率为1000W/m2，气氛为氧气，温度为150℃，辐照2min，在硅片表面形成一层厚度约为10nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约98min。
实施例10
在实施例1的基础上，改硅片置于波长205nm的紫外光下，辐照功率为1500W/m2，气氛为空气，温度为345℃，辐照0.5min，在硅片表面形成一层厚度约为3.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约34.5min。
实施例11
在实施例1的基础上，改硅片置于波长220nm的紫外光下，辐照功率为2500W/m2，气氛为空气，温度为145℃，辐照0.5min，在硅片表面形成一层厚度约为1.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约14.5min。
实施例12
在实施例1的基础上，改硅片置于波长245nm的紫外光下，辐照功率为1700W/m2，气氛为空气，温度为185℃，辐照1.5min，在硅片表面形成一层厚度约为6nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约58.5min。
实施例13
在实施例1的基础上，改硅片置于波长250nm的紫外光下，辐照功率为2750W/m2，气氛为空气，温度为385℃，辐照0.1min，在硅片表面形成一层厚度约为0.6nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约5.9min。
实施例14
在实施例1的基础上，改硅片置于波长900-1100nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为7nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约69min。
实施例15
在实施例1的基础上，改硅片置于波长1000-1150nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为8nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约79min。
实施例16
在实施例1的基础上，改硅片置于波长800nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为9nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约89min。
实施例17
在实施例1的基础上，改硅片置于波长900nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.3nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约2min。
实施例18
在实施例1的基础上，改硅片置于波长1000nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.6nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约5min。
实施例19
在实施例1的基础上，改硅片置于波长1100nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.7nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约6min。
实施例20
在实施例1的基础上，改硅片置于波长1150nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.8nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约7min。
实施例21
在实施例1的基础上，改硅片置于波长1200nm的红外光下，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约4min。
实施例22
将单晶硅片制绒后，使用POCl3进行扩散，使用等离子刻蚀进行刻边，然后用氢氟酸浸泡去除硅片表面的磷硅玻璃，将去除了磷硅玻璃的硅片置于波长100-144nm的连续波长光源下，辐照功率为4500W/m2，常压，气氛为含有氧气的混合气体，温度为450℃，辐照10min，在硅片表面形成一层厚度约为10nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约90min。
实施例23
在实施例22的基础上，改硅片置于波长105-125nm的连续波长光源下，辐照3min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为3nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约27min。
实施例24
在实施例22的基础上，改硅片置于波长130-144nm的连续波长光源下，辐照4min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为10nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约96min。
实施例25
在实施例22的基础上，光照改为采用波长100nm的光，辐照6min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为4nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约34min。
实施例26
在实施例22的基础上，光照改为采用波长105nm的光，辐照8min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约42min。
实施例27
在实施例22的基础上，光照改为采用波长125nm的光，辐照0.5min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.1nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约0.5min。
实施例28
在实施例22的基础上，光照改为采用波长130nm的光，辐照0.5min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.2nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约1.5min。
实施例29
在实施例22的基础上，光照改为采用波长144nm的光，辐照1min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.4nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约3min。
实施例30
将单晶硅片制绒后，使用POCl3进行扩散，使用等离子刻蚀进行刻边，然后用氢氟酸浸泡去除硅片表面的磷硅玻璃，将去除了磷硅玻璃的硅片置于波长1250-5000nm的连续波长光源下，辐照功率为4500W/m2，常压，气氛为含有氧气的混合气体，温度为450℃，辐照10min，在硅片表面形成一层厚度约为10nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约90min。
实施例31
在实施例30的基础上，改硅片置于波长1350-4500nm的连续波长光源下，辐照1min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为0.9nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约8min。
实施例32
在实施例30的基础上，改硅片置于波长2000-3000nm的连续波长光源下，辐照3min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为5.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约52min。
实施例33
在实施例30的基础上，光照改为采用波长1250nm的光，辐照7min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为6.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约58min。
实施例34
在实施例30的基础上，光照改为采用波长1350nm的光，辐照8min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为7.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约67min。
实施例35
在实施例30的基础上，光照改为采用波长2000nm的光，辐照1min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为8.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约84min。
实施例36
在实施例30的基础上，光照改为采用波长3000nm的光，辐照3min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为9.5nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约92min。
实施例37
在实施例30的基础上，光照改为采用波长4500nm的光，辐照1.5min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为4.2nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约40.5min。
实施例38
在实施例30的基础上，光照改为采用波长5000nm的光，辐照0.5min，其他条件不变，在硅片表面形成一层厚度约为1.7nm的氧化硅层，然后再进行氮化硅镀膜。
与现有工艺相比，本实施例缩短氧化处理时间约16.5min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，在进行氮化硅镀膜之前，通过光照对置于氧化气体中的晶体硅进行氧化处理，在晶体硅表面生成氧化硅层；其中，所述光照采用波长为100-5000 nm的光，氧化处理温度为0-450℃。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述氧化气体为氧气、臭氧、空气、水蒸气和笑气中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述氧化处理时氧化硅层的增厚速率为0.2-10 nm/min。
4.根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述氧化硅层的厚度为0.1-10nm。
5.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述光照采用的是单一波长的光或波长连续分布的光。
6.根据权利要求5所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述氧化处理在常压下进行。
7.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述光照强度为50-5000W/m2。
8.根据权利要求7所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述光照时间为0.1-10min。
9.根据权利要求8所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述光照采用波长为145-250nm的光。
10.根据权利要求8所述的晶体硅太阳能电池表面钝化处理工艺，其特征在于，所述光照采用波长为800-1200nm的光。
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