CN103746009A - 一种太阳能电池的钝化层及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的钝化层及其制备工艺，其特征是钝化层是由稀土氮化物构成。钝化层的制备工艺为当P型晶体硅完成沉积减反射膜工序后，先采用有机化学气相沉积方法（MOCVD）在P型晶体硅衬底的P型一侧沉积稀土氮化物钝化层，然后在同一腔室内，在稀土氮化物钝化层上沉积铝保护膜，完成钝化层的制备。本发明因采用稀土氮化物制作晶硅电池的钝化层，晶格匹配良好，且具有场效应钝化和化学钝化的双重作用，所以钝化效果良好。稀土氮化物钝化层由MOCVD方法制备，获得的钝化层晶体结构完整，缺陷密度低，与晶硅衬底晶格匹配性好，保证了电池的钝化效果。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，尤其涉及光电类材料的应用领域，具体涉及一种太阳能电池的钝化层及其制备工艺。
背景技术
目前的太阳能技术中，降低晶体硅成本是日益竞争的光伏产业追求的目标之一，为降低硅原料成本，最普遍采用的方法是降低硅片的厚度，不断的降低硅片厚度，使得光生载流子很容易扩散到表面而复合，表面的复合速率对太阳能电池的性能影响很大，而通过制备钝化层可以极大的降低表面复合速率，从而提高太阳能电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池的钝化层，该钝化层采用新的钝化材料，用于取代传统的Al2O3钝化材料，能有效提高钝化层与硅的晶格匹配度，从而提高钝化效果。本发明同时提供该钝化层的制备工艺。
为实现本发明的上述目的所采用的技术方案是：一种太阳能电池的钝化层，其特征是该钝化层是由稀土氮化物(REN)构成，所述的稀土氮化物为氮化镧（LnN）、氮化鐠（PrN）、氮化铷（NdN）、氮化钷（PmN）、氮化钐（SmN）、氮化铕（EuN）、氮化铽（TbN）、氮化镝（DyN）、氮化鈥（HoN）、氮化铥（TmN）、氮化镱（YbN）、氮化镥（LuN）、氮化钪（ScN）、氮化钇（YN）、氮化钆（GdN）、氮化铈（CeN2）、氮化铒（ErN）) 中的一种。
本发明的钝化层可应用于单晶硅、多晶硅太阳能电池的钝化工艺中。
上述太阳能电池的稀土氮化物钝化层的制备工艺为：当P型晶体硅完成沉积减反射膜工序后，先采用有机化学气相沉积方法（MOCVD）在P型晶体硅衬底的P型一侧沉积稀土氮化物钝化层，然后在同一腔室内，在稀土氮化物钝化层上沉积铝保护膜，完成钝化层的制备。
所沉积的稀土氮化物钝化层的最佳厚度为1～10nm。
在稀土氮化物的MOCVD沉积方法中，稀土元素的前驱体为该稀土元素的有机金属化合物，氮的提供者为氮气，腔室的反应温度为500～900℃，压力为1～5mbar，蒸发温度为100～140℃，沉积时间为10～60s。在铝保护膜的沉积过程中，铝的前驱体为（三甲基铝）TMAl，载气为H2 ,沉积温度为400～600℃，蒸发温度为80～120℃，厚度为10～100nm。
本发明的上述技术方案中，在P型晶体硅的制作过程中，当P型晶体硅完成衬底清洗、制绒、扩散磷、边缘刻蚀、HF酸清洗、沉积减反射膜工序后，采用有机化学气相沉积（MOCVD）方法在晶体硅片背部（背光面）沉积稀土氮化物钝化层和铝保护膜，最后制备栅线电极和铝背场，完成晶体硅电池的制备。
稀土氮化物（REN）常温下与Si一样，都呈立方相结构，与传统的钝化材料Al2O3相比，与Si的晶格匹配常数更为接近（a（Al2O3）=7.91； a（REN）≈5A；a（Si）=5.4A），晶格失配率很低，可以在Si上生长出高质量的薄膜，是制备钝化层的理想材料。本发明将稀土氮化物做为制备太阳能电池钝化层的钝化材料，在太阳能电池的制作中，在P型晶体硅的背面沉积稀土氮化物钝化层和铝保护膜，因采用稀土氮化物制作晶硅电池的钝化层，晶格匹配良好，且具有场效应钝化和化学钝化的双重作用，所以钝化效果良好。稀土氮化物钝化层由MOCVD方法制备，获得的钝化层晶体结构完整，缺陷密度低，与晶硅衬底晶格匹配性好，保证了电池的钝化效果。
附图说明
图1为含有稀土氮化物钝化层的晶体硅太阳能电池的结构示意图；
图2为含有稀土氮化物钝化层的晶体硅太阳能电池制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施的例子对本发明做进一步详细的描述，然而所述的实施例不应以限制的方式解释。
本发明的太阳能电池的钝化层及其制备工艺，在P型晶体硅的制作中，当P型晶体硅完成沉积减反射膜工序后，先采用有机化学气相沉积方法（MOCVD）在P型晶体硅衬底的P型一侧沉积稀土氮化物钝化层，然后在同一腔室内沉积铝保护膜，在稀土氮化物的MOCVD沉积方法中，稀土元素的前驱体为该稀土元素的有机金属化合物，氮的提供者为氮气，腔室的反应温度为500～900℃，压力为1～5mbar，蒸发温度为100～140℃，沉积时间为10～60s。在铝保护膜的沉积过程中，铝的前驱体为TMAl，载气为H2,沉积温度为400～600℃，蒸发温度为80～120℃，厚度为10～100nm，完成钝化层的制备。
具体实施例1(以氮化钇钝化层为例来详细说明)：
从图2给出的含有稀土氮化物钝化层的P型晶体硅太阳能电池制备流程图中可以看出，本发明的钝化层，应用于太阳能电池中，其制备P型晶体硅太阳能电池的流程如下：
a、使用HF和HC1对P型晶体硅衬底进行清洗制绒，以便去除机械损伤层、油污以及金属杂质，同时在表面形成起伏不平的绒面，以便增加表面积进而增加光吸收；然后将P型晶硅衬底放入扩散室内，通入磷源,使磷元素扩散进入P型晶硅表面，形成N层，即形成PN结；然后使用HNO3和HF的混合液体进行周边刻蚀，去掉边缘沉积的N层以便使电池片与外界绝缘；然后用HF进行洗涤，即用HF洗掉扩散过程中形成的二氧化硅等物质；使用PECVD方法在其表面沉积一层SiN减反射层（以增加电池片对光线的吸收），形成P型晶硅电池片。以上为太阳能电池制备过程中的常规工艺，在此不做赘述。
b、通N2清洗MOCVD腔室，将完成上述步骤的P型晶硅电池片迅速放入MOCVD反应腔室中，在其衬底背面的P型一侧（PN结的P型一侧）沉积氮化钇钝化层，其厚度控制在1～10nm范围内，然后在同一腔室内在氮化钇钝化层上沉积铝保护膜。在氮化钇的MOCVD沉积方法中，钇的前驱体为钇的有机金属化合物Y(iPr-Et2N-GUAN)3，氮的提供者为氮气，腔室的反应温度为500～900℃，压力为1～5mbar，蒸发温度为100～140℃，沉积时间为10～60s。在铝保护膜的沉积过程中，铝的前驱体为TMAl，载气为H2,沉积温度为400～600℃，蒸发温度为80～120℃, 厚度为10～100nm。
c、制备背电极和铝背场以及前电极，经过烘干、烧结工序后，制成完整的带有稀土氮化物钝化层的晶体硅太阳电池。
从图1所示的带有稀土氮化物钝化层的P型晶体硅太阳能电池的结构示意图中可以看出，在P型晶硅衬底1上扩散磷，形成N扩散层2，在N扩散层2上采用PECVD方法在其表面沉积了一层SiNx（氮化硅）减反射层3，P型晶硅衬底1背面（背光面）的P型一侧用MOCVD方法沉积有稀土氮化物钝化层5，在同一腔室内，在稀土氮化物钝化层5上沉积有铝保护膜4，然后在铝保护膜4上印刷金属栅线背电极7和铝背场6，在减反射层3上丝网印刷金属栅线前电极8。
具体实施例2（其它稀土氮化物做钝化层）：
其它稀土氮化物做钝化层的制备工艺与实施例1基本相同，不同之处在于所用的稀土元素前驱体不同，如氮化镧（LnN）钝化层的前驱体为镧的有机金属化合物Ln (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化鐠（PrN）钝化层的前驱体为鐠的有机金属化合物Pr (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化铷（NdN）钝化层的前驱体为铷的有机金属化合物Nd (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化钷（PmN）钝化层的前驱体为钷的有机金属化合物Pm (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化钐（SmN）钝化层的前驱体为钐的有机金属化合物Sm (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化铕（EuN）钝化层的前驱体为铕的有机金属化合物Eu (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化铽（TbN）钝化层的前驱体为铽的有机金属化合物Tb (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化镝（DyN）钝化层的前驱体为镝的有机金属化合物Dy (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化鈥（HoN）钝化层的前驱体为鈥的有机金属化合物Ho (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化铥（TmN）钝化层的前驱体为铥的有机金属化合物Tm (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化镱（YbN）钝化层的前驱体为镱的有机金属化合物Yb (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化镥（LuN）钝化层的前驱体为镥的有机金属化合物Lu (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化钪（LuN）钝化层的前驱体为钪的有机金属化合物Lu (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化钇（YN）钝化层的前驱体为钇的有机金属化合物Y (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化钆（GdN）钝化层的前驱体为钆的有机金属化合物Gd (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化铈（CeN2）钝化层的前驱体为铈的有机金属化合物Ce (iPr-Et2N-GUAN)3、氮化铒（ErN）钝化层的前驱体为铒的有机金属化合物Er (iPr-Et2N-GUAN)3)。
所述的有机化学气相沉积方法（MOCVD）为本领域内普通专业技术人员所共知的常识，不再详述。
以上是对本发明的说明而非限定，基于本发明思想的其他实施方式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种太阳能电池的钝化层，其特征是该钝化层是由稀土氮化物构成。
2.按照权利要求1所述的稀土氮化物，其特征是所述的稀土氮化物为氮化镧（LnN）、氮化鐠（PrN）、氮化铷（NdN）、氮化钷（PmN）、氮化钐（SmN）、氮化铕（EuN）、氮化铽（TbN）、氮化镝（DyN）、氮化鈥（HoN）、氮化铥（TmN）、氮化镱（YbN）、氮化镥（LuN）、氮化钪（ScN）、氮化钇（YN）、氮化钆（GdN）、氮化铈（CeN2）、氮化铒（ErN）)中的一种 。
3.按照权利要求1所述的太阳能电池的钝化层，其特征为所述的钝化层钝化于P型晶体硅电池背光面的P型一侧。
4.一种制备权利要求1、2、3所述的太阳能电池的钝化层的工艺，其特征是：在P型晶体硅的制作中，当P型晶体硅完成沉积减反射膜工序后，采用MOCVD沉积方法在P型晶体硅衬底的P型一侧沉积稀土氮化物钝化层，并在稀土氮化物钝化层上沉积铝保护膜，完成钝化层的制备。
5.按照权利要求4所述的制备太阳能电池的钝化层的工艺，其特征是：所沉积的稀土氮化物钝化层的厚度为1～10nm。
6.按照权利要求4所述的制备太阳能电池的钝化层的工艺，其特征是：在稀土氮化物的MOCVD沉积方法中，稀土元素的前驱体为稀土元素的有机金属化合物，氮的提供者为氮气，腔室的反应温度为500～900℃，压力为1～5mbar，蒸发温度为100～140℃，沉积时间为10～60s。
7.按照权利要求4所述的制备太阳能电池的钝化层的工艺，其特征是：在完成稀土氮化物钝化层的沉积后，在同一腔室内立即进行铝保护膜的沉积，铝的前驱体为三甲基铝TMAl，载气为H2，沉积温度为400～600℃，蒸发温度为80～120℃，厚度为10～100nm。
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