CN111081810A - 提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，包括以下步骤，将隧穿氧/多晶硅钝化接触结构直接进行中低温热处理，或者首先在隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的掺杂硅薄层表面沉积一层氧化物膜，然后进行中低温热处理；本发明方法既能够使钝化接触结构达到良好的钝化效果，又能使不同钝化水平的隧穿氧/多晶硅钝化接触结构钝化性能得到提升；处理方法多样化，重复性强，所需设备简单，其工艺完全适用于TOPCon电池的背钝化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，具体讲是一种提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法。
背景技术
隧穿氧/多晶硅钝化接触(TOPCon或POLO或polysilicon passivated contact)太阳电池是2013年由德国弗兰霍夫研究所提出的一种新型硅太阳电池。电池采用n型硅片，硅片背面上覆盖一层厚度在2nm以下的超薄氧化硅层，然后再覆盖一层掺杂硅薄层，所述掺杂硅薄层为掺杂的多晶硅或非晶硅层。其基本电池结构及钝化结构如下图1所示。目前，该电池背钝化结构均采用超薄氧化硅+掺磷多晶硅钝化结构。氧化硅制备方法主要有：湿化学法(硝酸氧化、臭氧水法)、热氧化法、臭氧氧化法、化学气相沉积法。掺磷多晶硅的制备主要通过LPCVD、PECVD、PVD制备掺杂硅薄膜结合高温氮气保护下的晶化退火实现。氧化硅隧穿层可以有效降低硅片表面缺陷态密度，配合重掺杂掺磷非晶硅形成极好的场钝化效应，显著降低整个背表面的复合速率，可获得较低的表面饱和暗电流密度(J0)和较高的隐含开路电压(iVoc)。
n型电池正面一般通过高温扩散法制备p型发射极，并采用ALD沉积氧化铝钝化p型发射极，获得良好的钝化效果，然后在氧化铝上PECVD沉积氮化硅，提高正面钝化效果的同时达到良好的减反效果，有益于提升电池开路电压(Voc)和短路电流(Isc)；背电极主要通过热蒸镀银、铝或丝网印刷制备全铝或银背场；前电极采用光刻电镀银电极或丝网印刷烧结法制备。
钝化是决定电池效率高低的关键因素。经过氮气保护下的中高温(700-1100℃)晶化退火处理后，n型TOPCon的平均iVoc约为700-720mV(p型为670-690mV)。如果要进一步提升钝化效果，需要进行后处理，方法包括：氮氢混合气氛热处理(Forming Gas Annealing,FGA)、非原位微波离子体氢处理法(RPHP)、PECVD氮化硅钝化法。不过，上述三种方法却各有不足，具体表现如下：
1.FGA处理法相对简单，对设备要求也低，易于产业化应用，然而缺点是对钝化的提升效果有限(通常<5mV)、且效果并不稳定。
2.RPHP法和氮化硅法对钝化提升较明显，通常(10-15mV)，然而缺点在于这两种方法需要定制专用的等离子发生设备、价格昂贵，处理过程需要使用真空条件、产率低、操作麻烦，难以实现产线的批量化生产。
发明内容
为了克服氧化硅/掺磷非晶硅钝化的不足之处，本发明提供了一种有效提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法。
本发明的技术解决方案如下：一种提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，包括以下步骤，将隧穿氧/多晶硅钝化接触结构直接进行中低温热处理，或者首先在隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的掺杂硅薄层表面沉积一层氧化物膜，然后进行中低温热处理。
作为优选，所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至200-700℃并保温5min以上。
作为进一步优选，所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温5min以上。
作为最优选，所述中低温热处理为以每分钟15-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温20-30min。
作为优化，所述中低温热处理的氛围为氧化性气氛。
作为优化，所述掺杂硅薄层表面沉积氧化物膜的沉积方法为物理沉积法或化学沉积法。
作为优选，所述物理沉积法为PECVD、LPCVD、ALD、磁控溅射、热蒸镀、电子束蒸镀中的任一种或组合。
作为优选，所述氧化物膜为SiOx、Al2O3、TaOx、ZnOx中的一种或组合。
本发明的有益效果是：本发明方法既能够使钝化接触结构达到良好的钝化效果，又能使不同钝化水平的隧穿氧/多晶硅钝化接触结构钝化性能得到提升；处理方法多样化，重复性强，所需设备简单，其工艺完全适用于TOPCon电池的背钝化。经过本发明方法处理后，能够将n-TOPCon的iVoc提高到720mV以上。本发明钝化效果明显：可将iVoc提高10-20mV；成本低、处理方法多样化，对表面氧化膜或氮化膜的质量无苛刻要求，多种方法均有效果。热处理过程采用普通退火炉，无需真空环境，简单可靠，易于操作，适用于工业批量化处理。工艺路线简单、稳定、重复性高，对钝化效果具有可靠的提升作用。
附图说明
图1为现有隧穿氧/多晶硅钝化接触结构太阳电池结构示意图。
图2为实施例中钝化片的结构示意图。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例，虽然实施例以n型硅片及n型TOPCon钝化片为例，但也可以为p型硅片及p型TOPCon钝化片，对本发明保护范围不构成限制。
以下实施例所采用的钝化片均为高温晶化后的双面TOPCon钝化结构(n+-poly-Si/SiOx/n-type Si wafer/SiOx/n+-poly-Si)，制备方法为:首先对厚度为170μm、电阻率为1-7Ω·cm的n型直拉单晶硅片，双面化学抛光，再进行标准的RCA清洗，保证表面足够洁净，然后采用热硝酸氧化法双面制备高质量的SiOx隧穿层，再采用PECVD双面沉积磷掺杂非晶硅，最后采用双管扩散炉进行高温晶化退火。
实施例1
大气环境下后退火
在大气环境下，对钝化片样品以每分钟20℃升温至以下温度后保温30分钟后冷却。
可见，在大气环境下，对钝化片样品以每分钟20℃升温至300-600℃后保温30分钟后冷却，钝化片样品iVoc得到显著提升。
实施例2
纯氧氛围下退火
采用纯氧气体氛围，对钝化片样品以每分钟5℃升温至450℃保温30分钟，iVoc得到显著提升。
实施例3
沉积Al2O3及后继处理
采用原子层沉积方法，在钝化片样品双面沉积Al2O3层，厚度分别为5nm，10nm，15nm，20nm，然后在氮气气氛下进行以每分钟15℃升温至450℃保温30分钟的退火处理。钝化片样品的钝化效果显著提高。iVoc得到显著提升。
实施例4
PECVD笑气氧化热处理
以笑气(N2O)作为氧化气体，使用PECVD在钝化片样品上沉积双面氧化硅层，沉积温度为350-400℃。处理后，钝化片样品的平均iVoc可提高10-15mV。
实施例5
ALD沉积TaOx
采用原子层沉积方法，在钝化片样品双面沉积Ta2O5层，厚度分别为5nm，10nm，15nm，20nm，然后在氮气气氛下进行以每分钟15℃升温至450℃保温30分钟的退火处理。样品的钝化效果显著提高。iVoc得到显著提升。
实施例6
湿化学法制备氧化硅再退火
对钝化片样品先用HF浸泡去除自然氧化层，之后再采用热硝酸法沉积一层1.2-2.0nm的SiOx，再进行N2气氛下进行以每分钟20℃升温至450℃保温20分钟的退火处理，样品的平均iVoc得到显著提升。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：包括以下步骤，将隧穿氧/多晶硅钝化接触结构直接进行中低温热处理，或者首先在隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的掺杂硅薄层表面沉积一层氧化物膜，然后进行中低温热处理。
2. 根据权利要求1所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至200-700℃并保温5 min以上。
3. 根据权利要求2所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温5 min以上。
4. 根据权利要求2所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述中低温热处理为以每分钟15-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温20-30min。
5.根据权利要求1所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述中低温热处理的氛围为氧化性气氛。
6.根据权利要求1所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述掺杂硅薄层表面沉积氧化物膜的沉积方法为物理沉积法或化学沉积法。
7.根据权利要求6所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述物理沉积法为PECVD、LPCVD、ALD、磁控溅射、热蒸镀、电子束蒸镀中的任一种或组合。
8.根据权利要求1所述的提升隧穿氧/多晶硅钝化接触结构的钝化性能的方法，其特征在于：所述氧化物膜为SiOx、Al2O3、TaOx、ZnOx中的一种或组合。
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