CN104094418A - 硅基太阳能电池的钝化薄膜堆叠 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在硅基基板的表面上形成钝化薄膜堆叠的方法。在一个实施例中，钝化薄膜堆叠包括氮化硅层和氧化铝层，所述氧化铝层被布置在氮化硅层和硅基基板之间。氧化铝层被沉积以使得氧化铝层具有小于约17原子％的低氢(H)含量和大于约2.5 g/cm3的质量密度。氮化硅层被沉积在氧化铝层上，以使得氮化硅层具有小于约5原子％的低氢(H)含量，和大于约2.7 g/cm3的质量密度。在氧化铝层和氮化硅层中的降低量的氢含量防止气泡在所述层中和在钝化薄膜堆叠的界面处形成，所述气泡会引起薄膜堆叠起泡。

Description

硅基太阳能电池的钝化薄膜堆叠
技术领域
本发明实施例通常涉及用于制造光生伏打装置的方法，且更具体而言，本发明实施例通常涉及在硅基太阳能电池的表面上形成钝化薄膜堆叠的方法。
背景技术
光生伏打(Photovoltaic；PV)或太阳能电池是将太阳光转换为直流(direct current；DC)电力的装置。典型的PV电池包括p型块状硅晶片或基板，所述基板具有布置在p型基板顶部上的n型硅材料的薄层。当暴露于太阳光(由来自光子的能量组成)时，PV电池的p-n结产生自由的电子和空穴对。横跨p-n结的耗尽区形成的电场将自由电子和空穴分离，产生电压。当PV电池被连接到电负载时，从n侧到p侧的电路允许电子的流动。电功率是当电子和空穴通过外部电负载且最终再结合时产生的电压乘以电流的乘积。数个太阳能电池被平铺成模块大小以传递所需量的系统功率。
太阳能电池的效率直接地相关于用于收集从各种层中的所吸收的光子产生的电荷的电池的能力。当电子和空穴重组时，入射太阳能被再发射为热量或光，从而降低太阳能电池的转换效率。重组可发生在基板的块状硅中，此重组是块状硅中的缺陷数目的函数；或重组可发生在基板的前表面或后表面上，此重组是在基板表面上有多少悬空键，即无端接化学键(表示为陷阱位置)的函数。悬空键通常被发现于基板的表面上，因为基板的硅晶格在前表面或后表面处结束。这些悬空键充当缺陷陷阱，且因此这些悬空键是电子空穴对重组的位置。良好的表面钝化层可帮助减少重组位置的数目，且提高开路电压和由太阳能电池产生的光电流。
为了钝化p型基极太阳能电池的n型发射极表面，例如诸如氧化铝(AlxOy)层的钝化层通常被形成在硅基板的后表面上以减少存在于基板后表面上的悬空键的数目。氧化铝不仅在钝化悬空键时有效，而且具有用于提高场效应钝化的有效固定电荷。氮化硅(SixNy)层可被进一步沉积在氧化铝层上以防止氧化铝在随后高温退火工艺期间与金属背接触材料(例如，铝)反应，所述随后高温退火工艺有时称为烧结工艺。烧结工艺通常被执行以在钝化薄膜堆叠中打开通孔或特征，以形成与硅基板的电接触，允许电流收集和输送。使用AlxOy/SixNy薄膜堆叠的后表面钝化是需要的，因为氮化硅层也可充当抗反射涂层(anti-reflective coating；ARC)层，以减少从所形成的太阳能电池装置反射的入射辐射部分。因此，氮化硅层的增加还补足了氧化铝层的厚度，以提高太阳能电池的后部反射率。
然而，已观察到，当薄膜堆叠经受高于500℃的热处理时，诸如经受上述随后的烧结工艺时，堆叠中的氧化铝层和氮化硅层倾向于起泡。具体而言，薄膜起泡或分层在Si界面处发生。AlxOy/SixNy薄膜堆叠起泡的机制是使用实验性研究来说明，指示作为根本原因的氧化铝和氮化硅之间的热活化相互作用。来自硅基板的氧化铝或氮化硅层的起泡对钝化性质是有害的。
因此，存在对于形成表面钝化薄膜堆叠的改进的方法的需要，所述表面钝化薄膜堆叠具有高热稳定性和所需的光学和钝化性质以最小化载荷子的表面重组。
发明内容
本发明实施例通常涉及用于制造光生伏打装置的方法，且本发明实施例更具体而言涉及在硅基基板的表面(例如，p型发射极表面)上形成钝化薄膜堆叠的方法。在一个实施例中，提供了在太阳能电池基板上形成钝化层的方法。所述方法通常包括：提供基板至处理腔室中，所述基板具有第一表面和第二表面，所述第二表面通常与第一表面平行且与第一表面相对；在高等离子体密度环境中于大于约300℃的温度下在基板的第一表面上形成氧化层，所述环境具有超过1012离子/cm3的离子密度；在大于约400℃的温度、约5 mTorr的腔室压力，和约0.02 W/cm2至约0.5 W/cm2的高RF功率密度下，于氧化层上形成氮化层。
在另一实施例中，提供了在处理腔室中的基板上形成钝化薄膜堆叠的方法。所述方法通常包括：提供基板至处理腔室中；在基板的后表面上形成氧化层，其中氧化层是利用小于约17原子％的氢(H)含量且在约2.5 g/cm3和约2.8 g/cm3之间的质量密度形成；和在氧化层上形成氮化层，其中所述氮化层是利用小于约5原子％的氢含量(H)和大于约2.7 g/cm3的质量密度形成。
在又一个实施例中，提供太阳能电池装置。太阳能电池装置通常包括含硅基板，所述基板具有第一表面和第二表面，所述第二表面通常平行于第一表面且与第一表面相对；发射极区，形成在基板的第一表面上，所述发射极区具有与基板的导电型相反的导电型；和钝化薄膜堆叠。钝化薄膜堆叠包括：氧化层，形成在基板的第二表面上，其中所述氧化层具有小于约17原子％的氢(H)含量和在约2.5 g/cm3和约2.8 g/cm3之间的质量密度；和氮化层，形成在所述氧化层上，其中所述氮化层具有小于约5原子％的氢含量(H)、大于约2.7 g/cm3的质量密度，和在约2.0至约2.2之间的折射率。
附图说明
因此，以可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参考实施例获得上文简要概述的本发明的更特定描述，所述实施例中的一些实施例图示在附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施例且因此不将附图视为限制本发明的范畴，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。
图1是根据本发明的具有形成在基板表面上的钝化薄膜堆叠的太阳能电池基板的示意剖视图。
图2是用于在图1的太阳能电池基板的表面上形成钝化薄膜堆叠的示例性工艺顺序。
具体实施方式
本发明实施例通常涉及用于制造光生伏打装置的方法，且本发明实施例更具体而言涉及在硅基基板的表面(例如，p型发射极表面)上形成钝化薄膜堆叠的方法。在各种实施例中，钝化薄膜堆叠可包括氧化铝层和氮化硅层。氧化铝层可被布置在硅基基板和氮化硅层之间。氧化铝层可以一方式使用任何适当的沉积技术沉积，所述方式为氧化铝层是使用低羟基(-OH)含量和大于约2.5 g/cm3的质量密度形成，所述低羟基含量对应于小于约17原子％的低氢(H)含量。氮化硅层可以一方式使用任何适当沉积技术沉积在氧化铝层上，所述方式为氮化硅层是使用小于约5原子％的低氢(H)含量，和大于约2.7 g/cm3的质量密度形成。
如将在下文中更详细地论述，发明者已确定，氧化铝层中的降低量的氢含量可防止气泡在氧化铝层中和在薄膜的界面处形成，当薄膜堆叠经受随后的高温烧结工艺时，所述气泡会引起薄膜堆叠起泡。较高质量密度的氧化铝层也防止在烧结工艺之后的氧化铝层的薄膜性质(例如，厚度和氢浓度)的显著变化，从而提高薄膜堆叠的钝化效应。类似地，降低氮化硅层中的氢含量也可防止气泡在氮化硅层中和在薄膜堆叠的界面处形成。在随后的高温烧结工艺期间，较高质量密度的氮化硅层还限制氢气的流动性(例如，从氮化硅层至氧化铝层中的氢扩散)，从而抑制薄膜堆叠的起泡。
钝化层形成工艺
图1图示根据本发明的具有形成在基板表面上的钝化薄膜堆叠的太阳能电池基板100的示意剖视图。图2图示用于在图1的太阳能电池基板100的表面上形成钝化薄膜堆叠的示例性工艺顺序200。应理解，虽然本文的论述主要地论述用于处理具有形成在p型基极区之上的n型发射极区的基板的方法，但是此配置不意在限制本文所述的本发明的范围，因为钝化层也可使用p型发射极形成在n型基极区太阳能电池配置之上。
在方块202处，工艺顺序200通过提供太阳能电池基板100至处理腔室中开始，所述处理腔室诸如等离子体增强化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapordeposition；PECVD)腔室、化学气相沉积(Chemical vapor deposition；CVD)腔室、物理气相沉积(Physical vapor deposition；PVD)腔室、原子层沉积(Atomic layerdeposition；ALD)腔室，或适用于表面钝化工艺的任何处理腔室。基板100具有与后表面103相对的前表面101。前表面101通常被称为基板100的光接收表面或侧面。基板100通常包括基极区102、发射极区104，和p-n结区106。p-n结区106被形成在基板100的基极区102和发射极区104之间，且p-n结区106是其中当太阳能电池基板100由光的入射光子照明时产生电子空穴对的区域。基板100通常是硅基板或至少包含硅或硅基材料。在一个实施例中，基板100可包含单晶硅、多晶硅，或多晶体硅，但是基板100也可用于包含锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、铜铟镓硒化物(CIGS)、铜铟硒化物(CulnSe2)、磷化镓铟(GalnP2)的基板、有机材料，以及异质结电池，所述异质结电池诸如GalnP/GaAs/Ge或ZnSe/GaAs/Ge基板，所述基板用于将太阳光转换为电功率。
在图1中所示的实施例中，基板100是p型结晶硅(c-Si)基板(即，基极区102)，所述p型结晶硅基板具有形成在p型c-Si基板之上的n型发射极区。前表面101可以是纹理化表面(未图示)。n型发射极区可通过使用任何适当技术利用某些类型的元素(例如，磷(P)、砷(As)，或锑(Sb))掺杂所沉积的半导体层来形成，以增加负载荷子(即电子)的数目，所述技术诸如注入工艺(接着是退火工艺)或使用磷硅酸盐玻璃(PSG)的热扩散工艺。
在方块204处，执行表面钝化工艺以在基板100的后表面103上形成钝化层107。必要时，在表面钝化工艺之前，基板100的后表面103可被暴露于适当的预清洗工艺以便去除在所述后表面上的原始氧化物或污染物。钝化层107可以是单个层或包含介电材料的薄膜堆叠，所述介电材料选自由以下各材料组成的群组：氧化硅(SixOy)、氮化硅(SixNy)、氮氧化硅(SiON)、氮碳氧化硅(SiOCN)、碳氧化硅(SiOC)、氧化钛(TixOy)、氧化钽(TaxOy)、氧化镧(LaxOy)、氧化铪(HfxOy)、氮化钛(TixNy)、氮化钽(TaxNy)、氮化铪(HfN)、氮氧化铪(HfON)、氮化镧(LaN)、氮氧化镧(LaON)、氯化氮化硅(SixNy:Cl)、氯化氧化硅(SixOy:Cl)、非晶硅、非晶碳化硅、氧化铝(AlxOy)、硝酸铝，或氮氧化铝。虽然未图示，但是可能需要在某些应用中通过在前表面101上形成本文所述的一或多层介电材料来钝化前表面101。
在图1中所示的实施例中，钝化层107是薄膜堆叠，所述薄膜堆叠包含氧化铝(AlxOy)层108和氮化硅(SixNy)层110。本文所述的氧化铝层108可以是化学计算的氧化铝(例如，Al2O3)、金属含量高或缺氧的氧化铝(例如，AlOx，其中0.8<x<1.5)，或包含一或多个掺杂剂或附加元素的氧化铝，所述附加元素诸如钇、硅、氮、铪，或上述元素的组合。本文所述的氮化硅层110可以是化学计算的氮化硅(例如，Si3N4)。钝化层107的总厚度可以在约2 nm和约250 nm之间，其中氧化铝层108可具有约1 nm至130 nm的厚度，且氮化硅层110可具有约1 nm至约120 nm的厚度。氧化铝层108可使用任何适当沉积技术在基板100的后表面103之上形成，所述沉积技术诸如原子层沉积(ALD)工艺；化学气相沉积(CVD)工艺，诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺或金属有机化学气相沉积(Metal OrganicChemical Vapor Deposition；MOCVD)，或物理气相沉积(PVD)工艺。其后，氮化硅层110使用任何适当沉积技术沉积在氧化铝层108上，所述沉积技术诸如CVD工艺或PVD工艺。示例性沉积方法和工艺条件在下文中更加详细地论述。
发明者已确定，氧化铝层中的低羟基(-OH)含量可帮助减少起泡问题。一个假设原理为，氧化铝层中的OH键并不热稳定，且当AlxOy/SixNy薄膜堆叠在随后烧结工艺期间在高温下经受热处理时，所述OH键可断裂。OH键的断裂产生过多的氢原子和氧原子，所述氢原子和氧原子可与其他氢原子和氧原子连接以形成氢气(H2)或水(H2O)。在氧化铝层中的局部位置处和在所得AlxOy/SixNy薄膜堆叠的界面处聚集的这些氢气或水可形成诸如气泡的气态物种，所述气态物种当经受随后的高温烧结工艺时会引起薄膜堆叠起泡。虽然不限于任何特定理论，但是发明者认为，氧化铝层108中的降低的OH含量可通过在高等离子体密度和高温下沉积氧化铝层108以加速-OH基团的键断裂来实现，由此促进氢气去除和从而促进薄膜致密化。可选择性地执行后等离子体处理或热退火工艺以进一步从氧化铝层中提取OH键。
在一个实施例中，PECVD工艺用以在基板100的后表面103之上形成氧化铝层108。氧化铝层108可通过以约10 sccm至约300 sccm每升腔室容积的流率将诸如三甲基铝(trimethylaluminum；TMA)的含铝气体流入PECVD腔室中，或以约25sccm至约350 sccm每升腔室容积的流率将诸如氧气(O2)或一氧化二氮(N2O)的含氧气体流入PECVD腔室中来形成。含铝气体和含氧气体可以在约1:1和约1:100之间的比率被引入腔室中。PECVD腔室可以是平行板、高频PECVD腔室，所述PECVD腔室能够产生具有超过1012离子/cm3的离子密度的高等离子体密度环境。氧化铝层108是使用射频等离子体源在约5 mTorr至约20 Torr的腔室压力下和13.56 MHz的频率下，利用约0.002 W/cm2至约0.5 W/cm2的射频功率密度、约300密尔至约650密尔的电极间距、和在约300℃和约550℃之间的基板支撑件温度在基板100的后表面103上形成。氧化铝层108可以约50 nm/分至约100 nm/分的生长速率沉积。如此沉积的氧化铝层108可具有超过20 nm、例如超过30 nm，诸如超过100 nm的厚度。
在又一替代实施例中，热或等离子体增强ALD工艺用以形成氧化铝层108。已知ALD沉积的氧化铝层能够提供均匀厚度和通过化学键非常牢固地附着于表面(例如，后表面103)的能力。如此有效地降低氧化铝层108剥落的可能性，产生了长的寿命和可靠的后表面钝化。在ALD工艺期间，基板100的后表面103可顺序地暴露于含铝气体和氧化剂气体，以在ALD工艺腔室之内形成氧化铝层108。含铝气体吸收到基板的后表面103上以在ALD工艺的前半个周期期间形成单层含铝气体。其后，氧化剂气体被引入ALD工艺腔室中，且氧化剂气体在ALD工艺的后半个周期期间与所吸收的单层含铝气体化学反应。ALD工艺腔室可在ALD工艺的每半个周期之间净化，包括在前半个周期和/或后半个周期之后。ALD工艺腔室可通过经过腔室或在基板100之上流动净化气体或载气来净化。或者，ALD工艺可通过在ALD工艺的前半个周期期间引入氧化剂气体，且在ALD工艺的后半个周期期间引入含铝气体来执行。前半个和后半个周期和/或净化步骤被顺序地重复，直到获得所需厚度的氧化铝层108为止。
含铝气体可包含烷基铝化合物、烷氧铝化合物、卤化铝化合物、烷基卤化铝化合物、烷氧基卤化铝化合物、上述化合物的衍生物，或上述化合物的组合。氧化剂气体可包含水、氧气、一氧化二氮、臭氧、过氧化氢、醇类、上述各项的衍生物，或上述各项的组合。在一个实例中，含铝气体可包含烷基铝化合物，诸如三甲基铝(TMA)，且氧化剂气体可包含氧气。在ALD工艺期间，基板支撑件被加热直至约300℃至约550℃，且腔室压力被保持在约5 mTorr至约20 mTorr。随后，含铝气体被以约5 mg/分至约500 mg/分的流率引入ALD工艺腔室中。在腔室净化之后，氧化剂气体被以约5 sccm至约350 sccm的流率引入ALD工艺腔室中。为了加速化学反应，可利用约0.005 W/cm2至约0.5 W/cm2的射频功率密度，在13.56 MHz的频率下，原位或远距离地以高能等离子体的形式提供氧化剂气体。
在如上所述任一实施例中，可选择性地执行热处理工艺以进一步提取氧化铝层108中的-OH键，同时引起氧化铝层108的致密化。具有所形成氧化铝层的基板100可使用热处理处理，所述热处理诸如等离子体处理或热退火工艺。等离子体处理可在等离子体处理腔室中执行，或利用PECVD或ALD工艺腔室原位执行。等离子体处理腔室和PECVD或ALD工艺腔室可被布置在相同工具上，且可在相同工具之内执行各个工艺而不破坏真空。等离子体处理可通过供应等离子体处理气体至等离子体处理腔室来执行。等离子体处理气体可包括含氧气体，诸如氧气(O2)、二氧化氮(NO2)、一氧化二氮(N2O)；或其他适当气体，诸如可引起氧化铝层108的致密化的惰性气体。
在等离子体处理工艺期间，等离子体处理气体可以从约5 sccm至约2000 sccm的流率供应至等离子体处理腔室中。随后，功率可被供应至腔室以产生等离子体。功率施加和等离子体产生工艺可根据工艺腔室类型而变化。在等离子体产生工艺的一个实例中，等离子体处理腔室通常包括喷头和以部分间隔开的电极提供的基板支撑基座。可在这些电极之间产生电场以引发被引入腔室中的等离子体处理气体，以提供等离子体。基座通过匹配网络被耦接到射频(Radio Frequency；RF)电源的来源，或者射频电源可被耦接到喷头和匹配网络。射频功率可以是施加到腔室以产生等离子体的单频或双频功率，所述单频或双频在约10 KHz和约30 MHz之间变化且具有约0.002 W/cm2至约0.5 W/cm2的射频功率密度。等离子体可从约0.5秒至约60秒之间产生，诸如从约2秒至约30秒之间产生。虽然本文描述了电容耦合等离子体源，但是可以预期，也可使用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma；ICP)源。在等离子体处理工艺期间，基板可被保持在约300℃至约500℃的温度下，且腔室压力可被保持为从约5 mTorr至约20 mTorr的压力下。
由如上所述的工艺沉积的氧化铝层108可具有例如超过30 nm的超过20 nm的厚度，诸如超过100 nm的厚度；具有对应于小于约17原子％的低氢(H)含量，例如约7原子％的低氢(H)含量的低羟基(-OH)含量；约2.5 g/cm3和约2.8 g/cm3之间的质量密度；约1.62至约1.67之间的折射率；和约2×1012 cm-2的有效固定电荷(Qeff)，而无如沉积或烧结工艺之后的起泡问题。在随后的高温退火工艺之后，氧化铝层108的氢含量可被进一步降低至约5原子％。
降低氧化铝层108中的氢含量防止气泡在氧化铝层中和在薄膜堆叠的界面处形成，当薄膜堆叠经受随后的高温烧结工艺时，所述气泡会使薄膜堆叠起泡。较高质量密度的氧化铝层108也防止在烧结工艺之后的氧化铝层108的薄膜性质(例如，厚度和氢浓度)的显著变化，从而提高薄膜堆叠的钝化效应。
在氧化铝层108已形成在基板100的后表面103上之后，氮化硅层110被沉积在氧化铝层108上。具体而言，氮化硅层110使用高质量密度和低氢(H)含量形成。发明者已确定，氮化硅层中的降低量的氢含量与AlxOy/SixNy薄膜堆叠的起泡减少有关。由于已知由PECVD工艺形成的氮化硅层110具有约10原子％的高氢含量，所以一个假设原理为，在氮化硅层中或下方(即，在AlxOy/SixNy薄膜堆叠的界面处)的局部位置处聚集的氢可形成诸如气泡的气体物种，所述气体物种可在随后的烧结工艺期间引起薄膜堆叠起泡。同样，也假定从氮化硅层110至氧化铝层108中的氢扩散会引起起泡。
不限于任何特定理论，发明者相信，在氮化硅层110中的氢(H)含量降低可通过使用以下方法来实现：(1)高离子/中性比率；(2)在低压下的较高分数的自由基/等离子激活反应物种；和(3)在氮化硅层110的沉积期间在较低压力下的较高等离子体鞘层电压。在较低压力下的较高等离子体密度在沉积期间引起氮化硅层110的更强离子轰击。如所沉积的氮化硅层110具有对于太阳能电池基板100的后表面钝化所需的低氢(H)含量、高质量密度，和折射率。氮化硅层110的增加的质量密度防止在随后的烧结工艺之后的氮化硅层的性质(诸如折射率和氢气浓度)的显著变化。氮化硅层的增加的质量密度也可限制在随后的高温退火工艺期间的氢流动性，从而抑制薄膜堆叠的起泡。
在一个实施例中，PECVD工艺被用于形成氮化硅层110。在氧化铝层108是通过PECVD工艺沉积的情况下，氮化硅层110可在用于沉积氧化铝层108的相同PECVD腔室中原位沉积，从而避免沉积之间的真空破坏。氮化硅层110可通过将前体气体混合物流入PECVD腔室中来形成。前体气体混合物可以是硅烷(SiH4)和氮气(N2)的组合、硅烷和氨气(NH3)的组合，或硅烷、氨气和氮气的组合。在一个实例中，前体气体混合物可包括硅烷和氮气。PECVD沉积的SiN层的增加的质量密度和低氢浓度可通过从前体气体混合物中除去氨气来获得。如果需要，氢气可被包括为氢气的来源。在一个实例中，由硅烷和氮气组成的前体气体混合物的流率可分别为约25 sccm至约200 sccm每升腔室容积，和约100 sccm至约800 sccm每升腔室容积。PECVD腔室可以是平行板、高频PECVD腔室。在另一实例中，由硅烷、氮气和氨气组成的前体气体混合物的流率可分别为约25 sccm至约200 sccm每升腔室容积、约100 sccm至约650 sccm每升腔室容积，和约100 sccm至约900sccm每升腔室容积。氮化硅层110是利用约0.002 W/cm2至约0.5 W/cm2的射频功率密度、约300密尔至约650密尔的电极间距，和在约300℃和约650℃之间的基板支撑件温度，在约5 mTorr至约20 Torr的腔室压力下和在13.56 MHz的频率下，使用射频等离子体源形成在氧化铝层108上。为了进一步致密化氮化硅层110，可施加基板偏压功率以在氮化硅层110的表面上实现离子轰击。由于薄膜致密化的结果，氢含量被认为进一步降低。在这种情况下，基板偏压功率可在约0.002 W/cm2和约0.5 W/cm2之间。
在替代实施例中，PVD工艺被用于沉积氮化硅层110。氮化硅层110可通过使用含氮气氛中的含硅靶材的反应性射频溅射，或使用氮化硅靶材的直接射频溅射来形成。用于沉积氮化硅层110的PVD腔室可与对于用于沉积氧化铝层108的腔室真空密封连通。在一个实例中，氮化硅层110是通过使用由惰性气体的等离子体放电产生的惰性气体离子，溅射诸如硅的含硅靶材而在PVD腔室之内的氧化铝层108上沉积，所述惰性气体诸如氩气(Ar)、氦气(He)等等。惰性气体离子被通过电场朝向硅靶材加速，引起硅原子108的排斥和在氧化铝层表面处的沉积，同时惰性气体离子与被引入PVD腔室的反应气体反应，从而形成氮化硅层110。反应气体可包括氮气、氨气、氮气和氢气的气体混合物，或氮气和氨气的气体混合物。反应溅射工艺可通过以下步骤来形成：将PVD腔室抽空至约5 mTorr至约25 mTorr的低压；以约50 sccm至约5000 sccm的流率引入惰性气体；以约50 sccm至约2000sccm的流率引入反应气体；利用约0.002 W/cm2至约0.5 W/cm2的射频功率密度起动等离子体达约20秒至约2分钟以溅射含硅靶材。
通过如上所述的工艺沉积的氮化硅层110可具有超过60 nm的厚度，例如超过80 nm的厚度；具有大于2.7 g/cm3的质量密度、小于约5原子％的氢含量(H)，和在约2.0和约2.2之间的折射率。降低氮化硅层110中的氢含量提高氮化硅层110的钝化效应，同时防止使薄膜堆叠起泡的气泡在氮化硅层110中和在薄膜堆叠界面处形成。较高质量密度的氮化硅层110也防止在烧结工艺之后的氮化硅层110的薄膜性质(例如，厚度、折射率和氢浓度)的显著变化，从而提高薄膜堆叠的钝化效应。
在方块206处，在氮化硅层110已形成在氧化铝层108上之后，可在基板100被移出处理系统之前进行制造用于太阳能电池或太阳电池组件的层堆叠可能所需的进一步沉积步骤或处理步骤，诸如背侧/前侧金属化工艺。
应理解，上文论述的用于沉积氧化铝层108和氮化硅层110的各种工艺和条件仅用于说明性目的且不意在限制本发明。取决于应用，钝化薄膜堆叠的薄膜性质可通过调整反应气体混合物的处理温度、压力、功率密度，或成分等来改变。只要所形成的所得AlxOy/SixNy钝化薄膜堆叠具有如上所述的薄膜特性，就可预期任何适当的沉积技术。此外，虽然钝化薄膜堆叠被图示为形成在基板的后表面上，但是可以预期，氧化铝层、氮化硅层，或具有两层或两层以上氧化铝和氮化硅层的钝化薄膜堆叠可被以如上文所论述以便钝化的类似方式形成在基板的前表面上。
虽然前述内容是针对本发明实施例，但是可在不背离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步实施例，且本发明的范围是由以上权利要求书所决定。

Claims (15)

1.一种在太阳能电池基板上形成钝化层的方法，包含：
提供基板至处理腔室中，所述基板具有第一表面和第二表面，且所述第二表面通常平行和相对于所述第一表面；
在高等离子体密度环境中，在所述基板的所述第一表面上形成氧化层，所述高等离子体密度环境具有超过1012离子/cm3的离子密度；和
在约5 mTorr的腔室压力下和约0.02 W/cm2至约0.5 W/cm2的高射频功率密度下，在所述氧化层上形成氮化层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层使用小于约17原子％的氢(H)含量形成，和所述氮化层使用小于约5原子％的氢含量(H)形成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层使用在约2.5 g/cm3和约2.8 g/cm3之间的质量密度和在约1.62至约1.67之间的折射率形成，和所述氮化层使用大于约2.7 g/cm3的质量密度和在约2.0至约2.2之间的折射率形成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层包含氧化硅或氧化铝，且所述氮化层包含氮化硅或硝酸铝。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板具有形成在所述基板的所述第二表面上的发射极区，且所述发射极区具有与基板的导电型相反的导电型。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层使用约2×1012 cm-2的有效固定电荷(Qeff)形成。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺形成。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包含：
通过使用含氧气体将所述氧化层经受等离子体处理来使所述氧化层致密化。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化层使用含氮气氛中的含硅靶材通过反应溅射工艺形成。
10.一种在处理腔室中的基板上形成钝化薄膜堆叠的方法，包含：
提供基板至处理腔室中；
在所述基板的后表面上形成氧化层，其中所述氧化层利用小于约17原子％的氢(H)含量和在约2.5 g/cm3和约2.8 g/cm3之间的质量密度形成；和
在所述氧化层上形成氮化层，其中所述氮化层利用小于约5原子％的氢含量(H)和大于约2.7 g/cm3的质量密度形成。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述氧化层包含氧化硅或氧化铝，且所述氮化层包含氮化硅或硝酸铝。
12.如权利要求10所述的方法，进一步包含：
在所述基板的前表面上形成发射极区，所述发射极区具有与所述基板的导电型相反的导电型。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述氧化层通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺形成。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包含：
通过使用含氧气体将所述氧化层经受等离子体处理来使所述氧化层致密化。
15.一种太阳能电池装置，包含：
含硅基板，所述基板具有第一表面和第二表面，所述第二表面通常平行和相对于所述第一表面；
发射极区，在所述基板的所述第一表面上形成，所述发射极区具有与所述基板的导电型相反的导电型；和
钝化薄膜堆叠，包含：
氧化层，在所述基板的所述第二表面上形成，其中所述氧化层具有小于约17原子％的氢(H)含量和在约2.5 g/cm3和约2.8 g/cm3之间的质量密度；和
氮化层，形成在所述氧化层上，其中所述氮化层具有小于约5原子％的氢含量(H)、大于约2.7 g/cm3的质量密度，和在约2.0至约2.2之间的折射率。
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