CN104241410B - 复合硅基材料及其制法和应用 - Google Patents

复合硅基材料及其制法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN104241410B
CN104241410B CN201410493807.3A CN201410493807A CN104241410B CN 104241410 B CN104241410 B CN 104241410B CN 201410493807 A CN201410493807 A CN 201410493807A CN 104241410 B CN104241410 B CN 104241410B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
doped
based materials
oxide layer
silicon oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410493807.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104241410A (zh
Inventor
叶继春
孙灵
孙一灵
高平奇
潘淼
韩灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN201410493807.3A priority Critical patent/CN104241410B/zh
Publication of CN104241410A publication Critical patent/CN104241410A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104241410B publication Critical patent/CN104241410B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/028Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Abstract

本发明提供了一种复合硅基材料及其制法和应用。具体的,本发明提供了一种复合硅基材料,该材料包括:p型硅基底;位于所述p型硅基底至少一个主表面的带负电的钝化膜;所述钝化膜包括至少一层带负电的掺杂态氧化硅层,且所述掺杂态氧化硅层中使所述氧化硅层带负电的掺杂元素的含量为0.01~10%,按所述掺杂元素所在掺杂态氧化硅层的总原子数计。本发明的复合硅基材料含带大量负电荷的钝化膜,钝化膜对硅基底可起到优异的钝化效果,且该材料的制备成本低廉,在应用于太阳电池时能有效提高太阳的电池的转化效率。

Description

复合硅基材料及其制法和应用
技术领域
本发明涉及光伏领域,具体地涉及太阳电池用复合硅基材料和太阳电池及其制法。
背景技术
晶体硅电池由于其高转换效率、高稳定性、高寿命、成熟的发展技术而成为太阳能电池的主流,占有大部分市场份额,所以硅片的质量对电池性能而言显得极为重要。晶体硅材料表面的复合中心,如悬挂键、断键、杂质等会使光生载流子湮灭,缩短了载流子的扩散长度,使得硅表面成为影响少子寿命的关键因素。因此,提高硅表面性能是太阳能电池制备过程中的重要一环。
目前应用较多的是在硅材料表面生长一层钝化膜来降低其表面复合速率。常用的钝化膜材料有SiOx、a-SiNx:H、a-Si:H、Al2O3、TiO2等。相较于其他材料,热氧化制备的SiOx具有低表面复合速率(Seff<20cm/s),与Si衬底晶格匹配度高,能引入H元素增加化学钝化,界面态缺陷密度小等特点,对Si表面有明显钝化及减反效果。所以SiOx不失为钝化膜的一种理想选择。
热氧化技术制备SiOx薄膜已经相当成熟,但前人通过大量的实验表明,实验室中SiOx膜在高温(1100~1200℃)氧化条件下钝化效果最好。但长时间的高温过程容易使质量较差的单、多晶硅衬底产生缺陷,复合加强,对硅片的体寿命产生不利影响,从而影响整个太阳电池的性能;另一方面,高温条件会加速有害杂质扩散至硅片体内,并且高温过程操作复杂,成本较高。介于高温热氧化法的上述缺陷,采用低温沉积的方法制备太阳电池表面钝化膜越来越受到人们的关注。
传统工艺PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)制备的SiOx薄膜带少量正电(Qf~1011cm-2),这个数量级的界面电荷对N型硅衬底起不到有效场钝化,同时也不会在P型衬底上造成反型层,不会导致并联电阻降低,短路电流变小,所以,传统方法制备的SiOx层本身对P或者N型衬底均只起到较好的化学钝化作用,不能提供电场钝化作用。近期研究结果显示,Al2O3带一定量的负电荷(Qf~-4×1012cm-2),不仅能对P型衬底提供良好的化学钝化还能提供场钝化,所以Al2O3是目前为止最理想的P型衬底钝化材料。但是制备仪器ALD的高投入以及Al2O3生长速率较慢,无法在现今行业的大背景下大规模应用于市场。综上所述,利用PECVD制备SiOx如能克服在场钝化中的劣势,其单层或叠层薄膜就能成为理想的钝化材料。
SiOx作为太阳能电池的钝化膜已有悠久的历史,早在1998年,新南威尔士大学(University of New South Wales)的J H Zhao等人(J.H.Zhao,A.H.Wang,M.A.Green,19.8%efficient“honeycomb”textured multicrystalline and 24.4%monocrystallinesilicon solar cells,Appl.Phys.Lett.1998,73,1991)在硅表面生成陷光结构,再用单层SiO2进行钝化处理制备得到转化效率高达24.4%的单晶硅太阳能电池。为改变SiO2薄膜的带电量及其正负性,研究人员尝试用电晕充电的方式(S.W.Glunz,D.Biro,S.Rein,W.Warta,Field-effect passivation of the SiO2Si interface,J.Appl.Phys.1999,86,683),通过在薄膜上方增加个强电场,使薄膜产生对应感应电荷(H Jin,K.J.Weber,N.C.Dang,W.E.Jellett,Defect generation at the Si-SiO2interface followingcorona charging,Appl.Phys.Lett.2007,90,262109)。薄膜电荷的正负性取决于电场方向,薄膜带电量的大小取决于电场大小。这种方法制备的钝化膜容易在紫外线辐照时被还原,失去原有的带电性。
综上所述,目前缺乏令人满意的、钝化效果好、制备方法简单、生成成本低的用于太阳电池的钝化膜。因此,本领域迫切需要开发新的钝化效果好、制备方法简单的太阳电池的钝化膜。
发明内容
本发明提供了一种。
在本发明的第一方面,提供了一种复合硅基材料,所述复合硅基材料包括:
p型硅基底;
位于所述p型硅基底至少一个主表面的带负电的钝化膜;
所述钝化膜包括至少一层带负电的掺杂态氧化硅层,且所述掺杂态氧化硅层中使所述氧化硅层带负电的掺杂元素的含量为0.01~10%,按所述掺杂元素所在掺杂态氧化硅层的总原子数计。
在另一优选例中,所述硅基底的厚度为0.1~1000μm,较佳地,为20~280μm。
在另一优选例中,所述掺杂元素的含量为1~5%,较佳地,为2~3%,按所述掺杂元素所在掺杂态氧化硅层的总原子数计。
在另一优选例中,所述钝化膜包含的掺杂态SiOx层中,x为0.3~3,较佳地,为0.5~2。
在另一优选例中,所述钝化膜包含的掺杂态SiOx层中,x为1.8~2.5,x越接近2,所述氮化膜的氮化性能越好。
在另一优选例中,所述钝化膜包含的掺杂态SiOx层中,含有0.1~20%摩尔比的H元素,按所述掺杂元素所在掺杂态氧化硅层的总摩尔数计。
在另一优选例中,所述p型硅基底包括抛光或制绒后的硅基底。
在另一优选例中,所述p型硅基底包括多晶p型硅基底或单晶p型硅基底。
在另一优选例中,所述钝化膜所带的负电荷密度为1012~1013cm-2
在另一优选例中,所述钝化膜所带的负电荷密度为1012~1013cm-2是指每cm-2大小的膜层中含有1012~1013个电子。
在另一优选例中,所述掺杂元素包括:磷、砷、锑、铋,或其组合。
在另一优选例中,所述掺杂态氧化硅层的厚度为1~300nm。
在另一优选例中,所述掺杂态氧化硅层的厚度为10~100nm。
在另一优选例中,所述钝化膜为多层复合膜。
在另一优选例中,为多层复合膜的钝化膜还包括氮化硅层、氧化钛层、氧化铝层、非晶硅层、导电玻璃、晶硅层,或其组合。
在另一优选例中,所述掺杂态氧化硅层位于所述硅基底的至少一个主表面上。
在另一优选例中,所述氮化硅层、氧化钛层、氧化铝层、非晶硅层、导电玻璃、或晶硅层中的任一层位于所述p型硅基底的至少一个主表面上。
在另一优选例中,所述钝化膜中掺杂态氧化硅层的厚度含量占钝化膜总厚度的3~100%。
本发明的第二方面公开了一种如本发明第一方面所述的复合硅基材料的制备方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供p型硅基底;
b)在所述p型硅基底至少一个主表面上生长带负电的所述钝化膜,从而得到如权利要求1所述的复合硅基材料。
在另一优选例中,所述步骤b)包括:
通过化学气相沉积法在所述p型硅基底上沉积至少一层所述掺杂态氧化硅层,得到p型硅基底-掺杂态氧化硅层,然后对生成的p型硅基底-掺杂态氧化硅层进行退火处理。
在另一优选例中,通过物理气相沉积法在所述p型硅基底上沉积所述掺杂态氧化硅层。
在另一优选例中,所述化学气相沉积法为等离子体增强化学气相沉积法。
在另一优选例中,所述步骤b)包括:
在所述p型硅基底的至少一个主表面上生成第一钝化膜层,所述第一钝化膜层包括:氮化硅层、氧化钛层、氧化铝层、非晶硅层、导电玻璃、晶硅层,或其组合,得到具有第一钝化膜层的p型硅基底;
在所述具有第一钝化膜层的p型硅基底的第一钝化膜层的上表面沉积第二钝化膜层,所述第二钝化膜层包括至少一层掺杂态氮化硅层,其中,所述钝化膜包括第一钝化膜层和第二钝化膜层。
在另一优选例中,所述钝化膜还包括除第一钝化膜层和第二钝化膜层以外的其他钝化膜层,如掺杂态氧化硅层、氮化硅层、氧化钛层、氧化铝层、非晶硅层、导电玻璃、晶硅层,或其组合。
在另一优选例中,所述化学气相沉积法为是在混合气体中进行的,该混合气体包括含有硅元素的气体一、含有氧元素的气体二、含有掺杂元素的气体三。
在另一优选例中,所述气体一包括硅烷、乙硅烷,或其组合。
在另一优选例中,所述气体二包括氧气、二氧化碳、一氧化二氮,或其组合。
在另一优选例中,所述气体三包括磷化氢、砷化氢、锑化氢、三氟化磷、五氟化磷,或其组合。
在另一优选里中,所述混合气体还包括用于起保护作用或补充薄膜中H元素的气体四。
在另一优选例中,所述气体四包括氮气、氩气、氢气,或其组合。
在另一优选例中,所述气体一和气体二的流量体积比为1:0.5~12,较佳地,1:1~5。
在另一优选例中,所述气体一和气体三的流量体积比为100:0.01~200,较佳地,为100:1~90。
在另一优选例中,所述气体一和气体四的流量体积比为1:3~30,较佳地,为1:10~20。
在另一优选例中,所述化学气相沉积包括以下一组或多组特征:
沉积功率为0.01~0.2W/cm2
沉积温度为120~500℃;
沉积气压为20~200Pa;
沉积气体总流量为10~10000sccm;
沉积频率为1~100MHz。
在另一优选例中,所述退火处理的温度为150~1000℃。
在另一优选例中,所述退火处理的时间为0.5~120min。
本发明的第三方面公开了一种制品,包括本发明第一方面所述的复合硅基材料。
在另一优选例中,所述制品为太阳电池。
应理解,在本发明范围内中,本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在此不再一一累述。
附图说明
图1示出了本发明实施例1中复合硅基材料No.1的钝化膜在电晕充电后对应的表面复合速率的示意图;
图2示出了本发明实施例2中复合硅基材料No.2的钝化膜在电晕充电后对应的表面复合速率的示意图;
图3示出了本发明实施例3中复合硅基材料No.3的钝化膜在电晕充电后对应的表面复合速率的示意图;
图4示出了现有技术制作的对比实施例中的复合硅基材料No.4在电晕充电后对应的表面复合速率的示意图;
图5示出了现有技术制作的对比实施例中的复合硅基材料No.5在电晕充电后对应的表面复合速率的示意图。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究,筛选了大量配方,首次发现,可以通过在氧化硅中掺杂某些元素使得作为钝化层的氧化硅层带大量负电荷,从而提高p型硅基底上含有掺杂态氧化硅层的钝化膜的钝化效果,进而提高使用本发明复合硅基材料的太阳电池的转化效率。并且,该掺杂态氧化硅层可通过气相沉积法生成,制备方法简单,制备成本低,可进行大规模工业化生产。在此基础上完成了本发明。
复合硅基材料
本发明的复合硅基材料复合硅基材料的硅基底为p型,包含掺杂态氧化硅层的钝化膜位于p型硅基底的至少一个主表面上,且该钝化膜总体带负电。掺杂态氧化硅层可直接与所述p型硅基底接触,也可沉积在其他钝化膜层(如氮化硅层、氧化钛层、氧化铝层、非晶硅层、导电玻璃、晶硅层)上。钝化膜可包括一层掺杂态氮化硅层,也可包括多层掺杂态氧化硅层。
与沉积未做掺杂的氧化硅层到p型硅基底得到的复合硅基材料相比,本发明的复合硅基材料由于具有掺杂态氮氧化硅层,反射率可降低0.1%~10%。
钝化膜
本发明的钝化膜可以只由单层的掺杂态氧化硅层组成,也可由多层掺杂态氧化硅层组成,或者由掺杂态氧化硅层和其他钝化膜层(如氮化硅层、氧化钛层、氧化铝层、非晶硅层、导电玻璃、晶硅层)组成,不论组成成分如何,其总体带负电量,且带电量高于1012cm-2
掺杂态氧化硅层
本发明所述的掺杂态氧化硅层是指掺杂有使得该氧化硅层的带负电的元素的钝化层,掺杂元素只要能使得该氧化硅层带负电都可,比如磷、砷、锑、铋,或其组合。
复合硅基材料的制备方法
本发明还提供了本发明复合硅基材料的制备方法,具体地,包括以下步骤:
a)提供p型硅基底;
b)在所述p型硅基底至少一个主表面上生成带负电的钝化膜,其中,所述钝化膜所带的负电荷密度为1012~1013cm-2,且所述钝化膜包括至少一层带负电的掺杂态氧化硅层,且所述掺杂态氧化硅层中使所述氧化硅层带负电的掺杂元素的含量为0.01~50%,按所述掺杂元素所在掺杂态氧化硅层的总原子数计。
在本发明的一优选例中,上述步骤b)包括:
在PECVD设备内通入四种一定比例的气体,包括含有Si元素的气体一、含有O元素的气体二、含有掺杂元素的气体三和气体四(包括氮气、氩气、氢气,或其组合),在一定工艺条件下在制备得到单层或多层含有掺杂氧化硅层的钝化膜,之后进行退火处理。
需要说明的是:硅基材可以为一定尺寸,抛光或各类制绒p型硅基材,多晶或者单晶p型硅基材;气体一为硅烷或乙硅烷;步骤5中气体二为氧气或一氧化二氮;步骤5中气体三为磷化氢、砷化氢、锑化氢、铋化氢、三氟化磷、五氟化磷等,或其某一比例的组合;步骤5中气体四为氮气、氩气、氢气,或其组合气体;气体一和气体二的流量体积比为1:0.5-12,优选为1:1-5;气体一和气体三的流量体积比为100:0.01-200,优选为100:1-90;气体一和气体四的流量体积比1:3-30,优选为1:10-20;沉积功率为0.01-0.2W/cm2;沉积温度为150-500℃;沉积气压为20-200Pa;步骤5中沉积厚度为1-300nm;沉积气体总流量为10-10000sccm。
此外,在本步骤b)中,可将带负电的掺杂态氧化硅层沉积在其他钝化膜层或者在硅基材表面上;沉积带负电掺杂态氧化硅层后也可以在其上再沉积其他钝化膜层。其他钝化膜层可以为SiNx、TiO2、Al2O3、a-Si、ITO、c-Si、或其一定膜厚比例的组合。
此外,在本步骤b)中,退火处理在150~1000℃进行,处理时间为0.5~120min。
本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法,具体地,包括以下步骤:
P型硅基片的清洗及制绒;扩散制节;等离子刻边;去磷硅玻璃;含有掺杂态氧化硅层的钝化膜的制备;印刷制电极;烧结;激光刻蚀。
其中,含有掺杂态氧化硅层的钝化膜的制备如上优选例中所述,其他步骤为现有技术,此处不再赘述。
应用
本发明的复合硅基材料可作为太阳电池的钝化层。
本发明的主要优点包括:
1)本发明含有杂质元素的掺杂态氧化硅层带负电,能使其在p型硅基底上场钝化效果更优,较传统氧化硅更适合应用于p型硅基底的钝化。
2)本发明的复合硅基材料包含的掺杂态氧化硅层可通过PECVD,即低温制备生产,不损伤硅基材,使用本发明的复合硅基材料的太阳能电池转化效率更高。
3)PECVD在太阳能电池厂普及非常广泛,不需要ALD等昂贵仪器就能完成对p型硅的优质钝化,制备成本低,设备普及广。且PECVD镀膜的速率非常高,适合工业化应用。
4)克服现有氧化硅薄膜中带正电导致无法很好地应用于p型硅表面钝化、高质量氧化硅制备过程需高温处理导致钝化膜质量受影响、传统优质p型硅钝化膜Al2O3制备速率过慢且制备仪器价格昂贵等缺点。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
制备实施例
实施例1
按以下工艺步骤制备复合硅基材料No.1。
a.对硅基底进行如下处理:清洗及制绒、扩散制节、等离子刻边、去磷硅玻璃后,其中,该硅基底为4英寸,纯度大于99.9999%的p型抛光硅片。
b.将该硅基底放入PECVD腔室内,通入流量比例为1:1:0.1:10的硅烷、氧气、磷化氢、氩气的混合气体,气体总流量为300sccm,气压为100Pa,温度为300℃,功率为0.08W/cm2,沉积一定时间之后得到10nm(厚度通过截面SEM与椭偏仪测量而得)的前驱掺杂态氧化硅层。
c.在400℃退火5分钟制备得到优质带负电掺杂态氧化硅层,得到复合硅基材料No.1。
在本发明中,可采用XPS(x光电子能谱仪)测试沉积的膜层是否为掺杂态氧化硅层,且可测的个元素的含量,本实施例的掺杂态氧化硅层利用XPS可测得元素摩尔比为Si:O:P=1.09:2.27:0.08。
实施例2
按以下工艺步骤制备复合硅基材料No.2。
a.对硅基底进行如下处理:清洗及制绒、扩散制节、等离子刻边、去磷硅玻璃,该硅基底为6英寸,纯度大于99.9999%的p型抛光硅片。
b.将该硅基底放入PECVD腔室内,通入流量比例为1:0.9:0.2:20的硅烷、一氧化二氮、磷化氢、氩气的混合气体,气体总流量为200sccm,气压为150Pa,温度为400℃,功率为0.1W/cm2,沉积一定时间之后得到20nm(厚度通过截面SEM与椭偏仪测量而得)的前驱掺杂态氧化硅层。
c.在600℃退火10分钟制备得到优质带负电掺杂态氧化硅层。
d.再在上述掺杂态氧化硅层上用PECVD沉积一定厚度的氮化硅薄膜,退火之后形成掺杂态氧化硅-氮化硅层的多层钝化膜,得到复合硅基材料No.2。
本实施例中,镀完掺杂氧化硅后溅射掉样品表面的污染层,测得XPS元素mol比Si:O:P=0.91:2.42:0.08;镀完氮化硅后溅射掉样品表面的污染层,测XPS元素mol比Si:N=3.51:4.39。
实施例3
按以下工艺步骤制备制备复合硅基材料No.3。
a.对硅基底进行如下处理:清洗及制绒、扩散制节、等离子刻边、去磷硅玻璃,该硅基底为5英寸,纯度大于99.9999999999%的p型抛光硅片。
b.在该硅基底表面沉积一层10nm厚的传统氧化硅层。
c.将上述带有传统氧化硅层的硅基底放入PECVD腔室内,通入流量比例为1:1.5:0.2:15的硅烷、氧气、砷化氢、氮气混合气体,气体总流量为800sccm,气压为290Pa,温度为200℃,功率为0.07W/cm2,沉积一定时间之后得到共5nm厚的前驱掺杂态氧化硅层。
d.在300℃退火15分钟制备得到优质带负电掺杂态氧化硅层,得到复合硅基材料No.3。
本实施例的钝化膜利用XPS可测得元素摩尔比为Si:O:As=1.30:2.45:0.05。
对比例
对比例1
利用传统氧化硅层的制备方法,即将硅片放入氧化炉内,通入约10L·min-1的氮气,5L·min-1的氧气,约800℃温度下氧化30min,生成约10nm的SiO2薄膜,从而得到对比复合硅基材料No.4。
对比例2
利用现有技术制备氧化铝钝化膜的方法,即将硅片放入腔体内,抽真空至约至1Pa,腔体体积约为0.009m3,温度设置为200℃。第一步,通入0.3s的三甲基铝气体;第二步,通入氮气吹扫8s;第三步,通入水蒸气0.5s;第四步,通入氮气吹扫8s。这四部为一个周期,每一个周期制备的三氧化二铝厚度约为0.125nm。制备得到的三氧化二铝在450℃,N2气氛下退火10分钟生成高钝化效果的三氧化二铝薄膜。从而得到对比复合硅基材料No.5。
测试实施例
表面复合速率测试:
图1-5分别示出了本发明复合硅基材料No.1、复合硅基材料No.2、复合硅基材料No.3、复合硅基材料No.4以及对比复合硅基材料No.5的表面复合速率测试结果。
如图所示,图中横坐标表示电晕充电之后留在薄膜上的电荷密度,纵坐标表示表面复合速率Seff,Seff越低说明复合硅基材料的钝化膜在p型硅基底上的钝化效果越好。Qf表示固定电荷量,带负电荷量越高,说明复合硅基材料的钝化膜在p型硅基底上的钝化效果越好。Seff,max表示电荷通过电晕充电中和掉薄膜中的固定电荷之后的表面复合速率,即化学钝化效果下的表面复合速率,其越小,表示化学钝化效果越好。
上述测试结果表明,与传统方法制备得到的氧化硅层(图4)相比,本发明实施例制备的含有掺杂态氧化硅层的带负电的太阳电池钝化膜的固定电荷含量(4.9-5.1×1012cm-2)远大于复合硅基材料No.4的氧化硅层的固定电荷含量(正电荷,密度为0.8×1012cm-2),而Seff,max的值小于复合硅基材料No.4的氧化硅层Seff,max的值,说明本发明实施例制备的复合硅基材料的钝化膜的钝化效果远远优于传统方法制备得到氧化硅的钝化效果。
同时,与现有技术制备的氧化铝相比,复合硅基材料No.1-No.3的钝化膜的Seff,max值均小于复合硅基材料No.5的钝化膜的Seff,max值,说明本发明实施例制备的含有掺杂态氧化硅层的钝化膜的化学钝化效果优于氧化铝钝化膜的化学钝化效果。而两者的固定电荷值相当,说明采用本发明较简单的制备方法,便可制备与氧化铝钝化膜钝化效果相当或优于氧化铝钝化膜钝化效果的含掺杂态氧化硅层的钝化膜。
高效太阳能电池都是利用高效的钝化层来降低材料表面的电子空穴复合,进而提高开路电压与短路电流,达到高电池光电转化效率的目的。与传统SiO2钝化类似,掺杂SiO2钝化层能饱和表面处的悬挂键与体内的复合中心,避免了电子空穴复合带来的损失;此外,P层上的大量负电荷更能有利于少子的传输,提高少子寿命,降低传输过程中的复合几率。无论是场钝化还是化学钝化,最终目的都是为了提高太阳能电池的光电转化效率。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (12)

1.一种复合硅基材料,其特征在于,所述复合硅基材料包括:
p型硅基底;
位于所述p型硅基底至少一个主表面的带负电的钝化膜;
所述钝化膜包括至少一层带负电的掺杂态氧化硅层,且所述掺杂态氧化硅层中使所述氧化硅层带负电的掺杂元素的含量为0.01~10%,按所述掺杂元素所在掺杂态氧化硅层的总原子数计;
且所述钝化膜总体带负电量,且所述钝化膜所带的负电荷密度为1012~1013cm-2
2.根据权利要求1所述的复合硅基材料,其特征在于,所述复合硅基材料是如下制备的:
a)提供p型硅基底;
b)在所述p型硅基底至少一个主表面上生长带负电的所述钝化膜,从而得到所述的复合硅基材料;
且所述步骤b)包括:
通过化学气相沉积法在所述p型硅基底上沉积至少一层所述掺杂态氧化硅层,得到p型硅基底-掺杂态氧化硅层,然后对生成的p型硅基底-掺杂态氧化硅层进行退火处理。
3.根据权利要求2所述的复合硅基材料,其特征在于,所述退火处理的温度为150~1000℃;和/或
所述退火处理的时间为0.5~120min。
4.根据权利要求1所述的复合硅基材料,其特征在于,所述掺杂元素包括:磷、砷、锑、铋,或其组合。
5.根据权利要求1所述的复合硅基材料,其特征在于,所述掺杂元素为磷、砷、锑、铋的组合。
6.根据权利要求1所述的复合硅基材料,其特征在于,所述掺杂态氧化硅层的厚度为1~300nm。
7.根据权利要求1所述的复合硅基材料,其特征在于,所述钝化膜为多层复合膜。
8.根据权利要求7所述的复合硅基材料,其特征在于,所述钝化膜中掺杂态氧化硅层的厚度含量占钝化膜总厚度的3~100%。
9.一种如权利要求1所述的复合硅基材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
a)提供p型硅基底;
b)在所述p型硅基底至少一个主表面上生长带负电的所述钝化膜,从而得到如权利要求1所述的复合硅基材料;
且所述步骤b)包括:
通过化学气相沉积法在所述p型硅基底上沉积至少一层所述掺杂态氧化硅层,得到p型硅基底-掺杂态氧化硅层,然后对生成的p型硅基底-掺杂态氧化硅层进行退火处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述退火处理的温度为150~1000℃;和/或
所述退火处理的时间为0.5~120min。
11.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述化学气相沉积法是在混合气体中进行的,该混合气体包括含有硅元素的气体一、含有氧元素的气体二和含有掺杂元素的气体三。
12.一种太阳电池,其特征在于,包括如权利要求1至8中任一项所述的复合硅基材料。
CN201410493807.3A 2014-09-24 2014-09-24 复合硅基材料及其制法和应用 Active CN104241410B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410493807.3A CN104241410B (zh) 2014-09-24 2014-09-24 复合硅基材料及其制法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410493807.3A CN104241410B (zh) 2014-09-24 2014-09-24 复合硅基材料及其制法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104241410A CN104241410A (zh) 2014-12-24
CN104241410B true CN104241410B (zh) 2017-07-14

Family

ID=52229157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410493807.3A Active CN104241410B (zh) 2014-09-24 2014-09-24 复合硅基材料及其制法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104241410B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105374899A (zh) * 2015-10-14 2016-03-02 横店集团东磁股份有限公司 一种晶体硅太阳能电池的表面钝化工艺
WO2018220275A1 (en) 2017-05-29 2018-12-06 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Semiconductor apparatus

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203562433U (zh) * 2013-11-21 2014-04-23 常州天合光能有限公司 晶体硅太阳能电池的薄膜钝化结构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8168462B2 (en) * 2009-06-05 2012-05-01 Applied Materials, Inc. Passivation process for solar cell fabrication
DE102012102745A1 (de) * 2011-07-29 2013-01-31 Schott Solar Ag Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle sowie Solarzelle
CN104037245B (zh) * 2014-07-01 2017-11-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203562433U (zh) * 2013-11-21 2014-04-23 常州天合光能有限公司 晶体硅太阳能电池的薄膜钝化结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN104241410A (zh) 2014-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112349816B (zh) 一种基于PECVD技术的高效低成本N型TOPCon电池的制备方法
CN109087956B (zh) 一种双面perc太阳能电池结构及其制备工艺
CN109216473B (zh) 一种晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法
EP4203081A1 (en) Topcon battery and preparation method therefor, and electrical appliance
WO2021068644A1 (zh) 一种高效背钝化晶硅太阳能电池及其制备方法
Liao et al. Passivation of boron-doped industrial silicon emitters by thermal atomic layer deposited titanium oxide
CN109004038B (zh) 太阳能电池及其制备方法和光伏组件
CN101964378A (zh) 实现太阳能电池背表面缓变叠层钝化薄膜的方法
CN111816727A (zh) 一种基于lpcvd的高效掺杂非晶硅技术的交叉指式背接触异质结太阳电池
CN102403369A (zh) 一种用于太阳能电池的钝化介质膜
CN106653871A (zh) 一种perc太阳能电池结构及其制备工艺
CN103632934A (zh) N型硅片的硼扩散方法、晶体硅太阳能电池及其制作方法
CN115332366A (zh) 一种背钝化接触异质结太阳电池及其制备方法
CN104241410B (zh) 复合硅基材料及其制法和应用
CN110571303A (zh) 一种p型晶体硅电池的制备方法
CN101499502A (zh) 一种晶体硅太阳能电池及其钝化方法
CN111416011A (zh) 一种p型PERC晶硅太阳电池及制备方法
CN110965044A (zh) 降低perc电池电致衰减的介质钝化膜及其制备方法
Xiao et al. SiOx/polysilicon selective emitter prepared by PECVD-deposited amorphous silicon plus one-step firing enabling excellent J0, met of< 235 fA/cm2 and ρc of< 2 mΩ· cm2
JP2004056057A (ja) 太陽電池の製造方法
CN114583016A (zh) 一种TOPCon电池及其制备方法
CN104576801B (zh) 具有过渡层的晶硅及硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN116072741B (zh) 太阳电池及其制备方法、光伏组件、用电装置
CN111628044A (zh) 一种硅太阳能电池的表面钝化处理方法和系统
CN104835860B (zh) 具有双层钝化层的太阳能电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant