CN111081818A - 一种均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法，均匀遂穿氧化层的制作方法包括：步骤1，将硅片置于ALD设备中，并将所述硅片所处的空间进行抽真空到预定值；步骤2，对所述硅片轮流输入第一反应气体和第二反应气体，在所述硅片表面形成二氧化硅氧化层；步骤3，判断所述硅片的所述氧化层沉积时间达到预定周期数；若是，步骤4，停止所述第一反应气体和/或第二反应气体；其中，所述预定周期数为在所述硅片表面预期沉积的二氧化硅氧化层的厚度与每个脉冲周期中形成的二氧化硅氧化层的厚度的比值。通过采用ALD设备进行遂穿氧化层的制备，将物质以单层原子膜的形式一层层沉积在基底上，使制备出隧穿氧化层均匀且厚度适中。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件制备技术领域，更具体地说，涉及一种均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法。
背景技术
由于化石能源的可开采量的下降以及开采成本的上升，同时人们对于能源的需求在不断增加，同时化石能源会造成环境污染以及温室气体的排放，因此，新能源得到飞速的发展，其中又以光伏产业发展尤为迅速。
光伏电池发电因为其几乎在任何有阳光的地方都能发电，如在太空，在沼泽，在大山，在屋顶，在河面等，使得光伏发电的可使用范围非常广泛，但同时这种新兴行业也随着技术的不断进步使得市场竞争日趋激烈。高效率、低成本、高可靠性的光伏电池才是市场竞争的核心竞争力。
而在光伏电池中，也包括多种组件类型。其中，TOPCON高效太阳电池作为其中之一，技术也得到飞速发展，且已实现大规模产业化。此电池的核心结构为遂穿氧化层及多晶硅薄膜层。
目前隧穿氧化层的制备方法很多，高温热氧化、硝酸化学湿法氧化等等。高温热氧是目前应用最多的制备遂穿氧化层的方法，其可用LPCVD设备进行制备，与多晶硅层集成制备，避免污染。但由于隧穿氧化层厚度要求1nm左右，热氧化方法很难控制，且片内不均匀，影响整片的钝化均匀性，进而影响电池效率；硝酸湿氧化方法目前应用较少，此方法制备的氧化层结构疏松且稳定性较差，很难得到均匀合适厚度的遂穿氧化层。
因此，如何高效解决目前遂穿氧化层制备不均匀及厚度不可控的问题，是本领域技术人员需要解决的一个核心问题。
发明内容
本发明提供了一种均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法，解决遂穿氧化层制备不均匀及厚度不可控的问题，提高光伏组件品质。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种均匀遂穿氧化层的制作方法，包括：
步骤1，将硅片置于ALD设备中，并将所述硅片所处的空间进行抽真空到预定值；
步骤2，对所述硅片轮流输入第一反应气体和第二反应气体，在所述硅片表面形成二氧化硅氧化层；
步骤3，判断所述硅片的所述氧化层沉积时间达到预定周期数；
若是，步骤4，停止所述第一反应气体和/或第二反应气体；
其中，所述预定周期数为在所述硅片表面预期沉积的二氧化硅氧化层的厚度与每个脉冲周期中形成的二氧化硅氧化层的厚度的比值。
其中，所述第一反应气体为SiCl4，所述第二反应气体为H2O，或所述第一反应气体为SiH4，所述第二反应气体为O2。
其中，所述步骤2包括：
步骤21，对所述ALD设备通入预定流量的第一反应气体并在到达第一预设时间后进行氮气吹扫；
步骤22，通入所述第二反应气体与所述第一反应气体反应在所述硅片表面生成所述二氧化硅氧化层；
步骤23，检测通入所述ALD设备内的通入所述第二反应气体的反应时间是否超出预定反应时间；
若是，步骤24，用氮气吹扫所述ALD设备内的反应后的气体，完成一个反应周期，转所述步骤21。
其中，所述步骤2还包括：
在相邻两个反应周期中，在所述ALD设备的同一位置处通入不同的反应气体。
其中，在所述步骤1之前，还包括：
对所述硅片采用HF溶液进行清洗，使得所述硅片表面的疏水度达到阈值。
除此之外，本发明实施例还提供了一种TopCon太阳能电池制备方法，包括：
对先期工艺处理后的硅片背面采用如上所述均匀遂穿氧化层的制作方法沉积遂穿氧化层；
在所述遂穿氧化层表面沉积多晶硅膜层；
在所述多晶硅膜层进行磷掺杂，在所述硅片形成TopCon结构。
其中，所述遂穿氧化层的厚度为1nm～3nm。
其中，所述多晶硅膜层的厚度为60nm～300nm。
本发明实施例提供的均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法与现有技术相比较，具有以下优点：
所述均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法，通过采用ALD设备进行遂穿氧化层的制备，将物质以单层原子膜的形式一层层沉积在基底上，使制备出隧穿氧化层均匀且厚度适中，提高了光伏组件的品质，而采用ALD沉积遂穿氧化层的方式，而非采用氧化的方式获得遂穿氧化层，硅片的实际使用厚度也能够得到精确控制，更容易实现获得高品质组件的目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的均匀遂穿氧化层的制作方法的一个实施例的步骤流程示意图；
图2为本申请提供的均匀遂穿氧化层的制作方法的一个实施例中的步骤2的分步骤流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，图1为本申请提供的均匀遂穿氧化层的制作方法的一个实施例的步骤流程示意图；图2为本申请提供的均匀遂穿氧化层的制作方法的一个实施例中的步骤2的分步骤流程示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的均匀遂穿氧化层的制作方法，包括：
步骤1，将硅片置于ALD设备中，并将所述硅片所处的空间进行抽真空到预定值；
步骤2，对所述硅片轮流输入第一反应气体和第二反应气体，在所述硅片表面形成二氧化硅氧化层；一般采用类似脉冲的形式输入反应气体，本发明中对于输入的流量以及输入时间不作限定。
步骤3，判断所述硅片的所述氧化层沉积时间达到预定周期数；
若是，步骤4，停止所述第一反应气体和/或第二反应气体；
其中，所述预定周期数为在所述硅片表面预期沉积的二氧化硅氧化层的厚度与每个脉冲周期中形成的二氧化硅氧化层的厚度的比值。
通过采用ALD设备进行遂穿氧化层的制备，将物质以单层原子膜的形式一层层沉积在基底上，使制备出隧穿氧化层均匀且厚度适中，提高了光伏组件的品质，而采用ALD沉积遂穿氧化层的方式，而非采用氧化的方式获得遂穿氧化层，硅片的实际使用厚度也能够得到精确控制，更容易实现获得高品质组件的目标。
由于ALD以单层原子膜的方式一层一层沉积在衬底硅片上，每一层原子层厚度是固定的，可根据原子层的数量来控制薄膜的厚度，以ALD方式层层制备隧穿氧化层，可覆盖整个硅片，使得沉积面各区域厚度一致，从而获得均匀的氧化硅薄膜。
在进行沉积遂穿氧化层的过程中，工作人员可以预先进行ALD沉积测试，测试预定的周期数，如100个反应周期、200个反应周期后，沉积的膜层的厚度，然后根据需要沉积的膜层的厚度，计算出需要沉积的周期即可，最后工作人员只要在不改变沉积条件的情况下，输入对应的反应周期即可完成遂穿氧化层的精准沉积。
本发明中对于反应气体不做限定，可以是，所述第一反应气体为SiCl4，所述第二反应气体为H2O，也可以是所述第一反应气体为SiH4，所述第二反应气体为O2，还可以是其它的反应气体，本发明反应气体的气源不做限定，而且对应不同的反应气源，需要适时地改变对应的反应气压和温度等反应条件，本发明对此不作具体限定。
本发明中交替脉冲通入反应气体，可以是先通入第一反应气体，也可以是先通入第二反应气体，本发明对此不作限定，当然，如果某一气体可以在另一气体通入之前就与硅片发生反应，这种情况需要尽量避免，否则反应过程无法精准控制。在本发明中的交替通入两种反应气体的过程中，可以是交替直接通入，每次都通入少量的气体，不作处理，但是由于反应过程中会产生中间产物，会影响下一个反应周期的反应条件，因而为了提高对薄膜沉积条件的精准控制，在一个实施例中，所述步骤2包括：
步骤21，对所述ALD设备通入预定流量的第一反应气体并在到达第一预设时间后进行氮气吹扫；
步骤22，通入所述第二反应气体与所述第一反应气体反应在所述硅片表面生成所述二氧化硅氧化层；在第一次氮气吹扫之后会有第一反应气体吸附在硅片表面，在通入第二反应气体之后，完成反应生成氧化物。
步骤23，检测通入所述ALD设备内的通入所述第二反应气体的反应时间是否超出预定反应时间；
若是，步骤24，用氮气吹扫所述ALD设备内的反应后的气体，完成一个反应周期，转所述步骤21。
即在每一个反应周期中通入气体或反应完成之后，将反应室内的剩余反应气体以及反应产物都吹出设备，这样不管是哪个反应周期，都能够实现近乎相似的反应条件，这样就能够大大降低不同反应周期形成的误差，提高对膜层的沉积控制。
本发明对于通气时间以及反应时间不做限定，可以根据经验设定，也可以自行进行测试获得最佳的时间点。
因此在一个实施例中，所述步骤2还包括：
在相邻两个反应周期中，在所述ALD设备的同一位置处通入不同的反应气体。
即在位置A处，在第一个反应周期通入A气体，那么第二个反应周期就不能继续通如A气体，而是通入B气体，这样就可能避免在薄膜沉积中由于不可控因素造成在同一位置连续出现缺陷的情况，从而影响遂穿氧化层的厚度等膜层质量。
需要指出的是，上述的更换位置的方式，除了采用固定喷口之外，还可以采用移动喷口，即完成一个周期之后，喷口的位置就会发生转动，如电机驱动逆时针旋转90度，而下一周期，再顺时针旋转90度，实现本发明中的反应气体在不同相邻周期变化的情况。
为了保证膜层的沉积质量，除了对沉积过程本身进行严格约束之外，在沉积之前对硅片的处理也是必然的，在一个实施例中，在所述步骤1之前，还包括：
对所述硅片采用HF溶液进行清洗，使得所述硅片表面的疏水度达到阈值。
本发明对于HF溶液的浓度以及清洗时间不做限定，采用这种清洗方式，能够使得硅片表面的疏水度达到一定程度，这样在采用水蒸汽作为气源之时，减少水蒸汽本身对硅片的附着，这样能够增加成膜的效率以及成膜的质量。
采用本发明提供的均匀遂穿氧化层的制作方法，使得所沉积的薄膜的厚度可控且具有优异的均匀性和一致性，ALD工艺所生长薄膜厚度均匀性理论小于1.00％(厚度相对标准偏差)，可很好的解决目前遂穿氧化层制备不均匀及厚度不可控的问题。
除此之外，本发明实施例还提供了一种TopCon太阳能电池制备方法，包括：
对先期工艺处理后的硅片背面采用如上所述均匀遂穿氧化层的制作方法沉积遂穿氧化层；穿氧化层及多晶硅沉积在硅片背面，这里的先期工艺处理后的硅片，是指经过对硅片依次进行制绒、硼扩散、背面刻蚀，然后对硅片进行遂穿氧化层以及多晶硅层的沉积。
在所述遂穿氧化层表面沉积多晶硅膜层；
在所述多晶硅膜层进行磷掺杂，在所述硅片形成TopCon结构。
由于所述TopCon太阳能电池制备方法采用上述的均匀遂穿氧化层的制作方法沉积遂穿氧化层，因而具有相同的有益效果，本发明在此不再赘述。
本发明对于遂穿氧化层的具体厚度以及多晶硅层的厚度以及掺杂方式不做限定，一般，所述遂穿氧化层的厚度为1nm～3nm，所述多晶硅膜层的厚度为60nm～300nm。
综上所述，本发明实施例提供的均匀遂穿氧化层的制作方法及TopCon太阳能电池制备方法，通过采用ALD设备进行遂穿氧化层的制备，将物质以单层原子膜的形式一层层沉积在基底上，使制备出隧穿氧化层均匀且厚度适中，提高了光伏组件的品质，而采用ALD沉积遂穿氧化层的方式，而非采用氧化的方式获得遂穿氧化层，硅片的实际使用厚度也能够得到精确控制，更容易实现获得高品质组件的目标。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种均匀遂穿氧化层的制作方法，其特征在于，包括：
步骤1，将硅片置于ALD设备中，并将所述硅片所处的空间进行抽真空到预定值；
步骤2，对所述硅片轮流输入第一反应气体和第二反应气体，在所述硅片表面形成二氧化硅氧化层；
步骤3，判断所述硅片的所述氧化层沉积时间达到预定周期数；
若是，步骤4，停止所述第一反应气体和/或第二反应气体；
其中，所述预定周期数为在所述硅片表面预期沉积的二氧化硅氧化层的厚度与每个脉冲周期中形成的二氧化硅氧化层的厚度的比值。
2.如权利要求1所述均匀遂穿氧化层的制作方法，其特征在于，所述第一反应气体为SiCl4，所述第二反应气体为H2O，或所述第一反应气体为SiH4，所述第二反应气体为O2。
3.如权利要求2所述均匀遂穿氧化层的制作方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤21，对所述ALD设备通入预定流量的第一反应气体并在到达第一预设时间后进行氮气吹扫；
步骤22，通入所述第二反应气体与所述第一反应气体反应在所述硅片表面生成所述二氧化硅氧化层；
步骤23，检测通入所述ALD设备内的通入所述第二反应气体的反应时间是否超出预定反应时间；
若是，步骤24，用氮气吹扫所述ALD设备内的反应后的气体，完成一个反应周期，转所述步骤21。
4.如权利要求3所述均匀遂穿氧化层的制作方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
在相邻两个反应周期中，在所述ALD设备的同一位置处通入不同的反应气体。
5.如权利要求4所述均匀遂穿氧化层的制作方法，其特征在于，在所述步骤1之前，还包括：
对所述硅片采用HF溶液进行清洗，使得所述硅片表面的疏水度达到阈值。
6.一种TopCon太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：
对先期工艺处理后的硅片背面采用如权利要求1-5任意一项所述均匀遂穿氧化层的制作方法沉积遂穿氧化层；
在所述遂穿氧化层表面沉积多晶硅膜层；
在所述多晶硅膜层进行磷掺杂，在所述硅片形成TopCon结构。
7.如权利要求6所述TopCon太阳能电池制备方法，其特征在于，所述遂穿氧化层的厚度为1nm～3nm。
8.如权利要求7所述TopCon太阳能电池制备方法，其特征在于，所述多晶硅膜层的厚度为60nm～300nm。
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