CN112095090B - 硅基异质结太阳电池制备方法及渐变硅氧钝化层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种硅基异质结太阳电池制备方法及渐变硅氧钝化层制备方法，其中，渐变硅氧钝化层的制备方法包括以下步骤：以第一预定时长向PECVD工艺腔内通入第一压力的水气，并在所述水气通入结束后，以第二预定时长对所述PECVD工艺腔进行抽真空；以工作气对所述PECVD工艺腔吹扫第三预定时长；和/或，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，进行a‑SiOx:H预沉积，以在所述PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a‑SiOx:H膜；将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，在所述单晶硅片的表面沉积a‑SiOx:H钝化层，所述a‑SiOx:H钝化层的氧含量自所述单晶硅片的表面，在所述a‑SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。该方案可以降低太阳电池的串联电阻，保障太阳电池性能。
Description
技术领域
本发明一般涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种硅基异质结太阳电池制备方法及渐变硅氧钝化层制备方法。
背景技术
硅基异质结(Silicon Hetero-Junction；SHJ)太阳电池具有较高的转化效率，最高的转化效率可以超过25％。在硅基异质结太阳电池中，可以采用a-SiOx:H钝化层来钝化单晶硅表面，在制备a-SiOx:H钝化层时，是向等离子增强化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition；PECVD)工艺腔同时通入H2、SiH4、H2O气体，以H2O 作为氧化剂，将a-Si:H氧化为a-SiOx:H，以沉积在单晶硅表面形成 a-SiOx:H钝化层。由于a-SiOx:H钝化层的厚度很薄，一般只有几纳米厚，因此将a-Si:H氧化为a-SiOx:H所需的H2O气体极少，但是，由于现有工艺的限制，无法精准的提供微量的H2O气体，这就导致 a-SiOx:H钝化层中的氧含量过高，会导致太阳电池的串联电阻上升很多，造成太阳电池性能下降。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种硅基异质结太阳电池制备方法及渐变硅氧钝化层制备方法，用以降低太阳电池的串联电阻，保障太阳电池性能。
本发明提供一种硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法，包括以下步骤：
以第一预定时长向PECVD工艺腔内通入第一压力的水气，并在所述水气通入结束后，以第二预定时长对所述PECVD工艺腔进行抽真空；
以工作气对所述PECVD工艺腔吹扫第三预定时长；和/或，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，进行a-SiOx:H预沉积，以在所述PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a-SiOx:H膜；
将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，在所述单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，所述 a-SiOx:H钝化层的氧含量自所述单晶硅片的表面，在所述a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。
作为可实现方式，所述工作气包括SiH4和H2的至少任一种。
作为可实现方式，所述第一预定时长为5s～60s。
作为可实现方式，所述第一压力为20Pa～100Pa。
作为可实现方式，所述第二预定时长为1min～10min。
作为可实现方式，所述第三预定时长为1min～10min。
作为可实现方式，在进行a-SiOx:H预沉积时，工艺条件为：
所述工作气体为SiH4和H2，所述SiH4的流量为100sccm～500sccm，所述H2的流量500sccm～3000sccm，所述PECVD工艺腔内压强为 50Pa～150Pa，工艺温度为100℃～300℃，射频功率为300W～1000W。
作为可实现方式，所述在所述单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层时，工艺条件为：
所述工作气体为SiH4和H2，所述SiH4的流量为100sccm～500sccm，所述H2的流量500sccm～3000sccm，所述PECVD工艺腔内压强为 50Pa～150Pa，工艺温度为100℃～300℃，射频功率为300W～1000W。
第二方面，本发明提供一种硅基异质结太阳电池制备方法，包括上述的硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法。
上述方案，在沉积钝化层之前向PECVD工艺腔内通入水气，可以实现极低水气分压的输入，水气极易附着PECVD工艺腔的腔壁表面，在通入水气后对PECVD工艺腔进行抽真空，以抽出PECVD工艺腔内的绝大部分水气，而附着在腔壁表面的水气极难被抽走，该附着在腔壁表面的水气，会在沉积钝化层的过程中持续不断的向钝化层成膜区域缓缓释放水气，由于附着在腔壁表面的水气是有限的，随着释放过程的推进，其释放了逐渐变小，则相应地，作为氧化剂参与到钝化层沉积的水气量也逐渐变小，实现了极低水气分压的精确渐变控制，使得沉积形成的a-SiOx:H钝化层中的氧含量自单晶硅片的表面，在 a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小，由于氧含量是逐渐变化的，因此，a-SiOx:H钝化层中没有明显的界面，不会出现严重的晶格失配情况。此外，由于水气的释放是微量的，则a-SiOx:H钝化层中的总的含氧量较低，因此，a-SiOx:H钝化层的导电性得以改善，可以降低太阳电池的串联电阻。采用水气作为氧化剂，既不会反应过于激烈，也不会引入其他杂质。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的水气供应系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明实施例提供的硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法，包括以下步骤：
S1：以第一预定时长向PECVD工艺腔内通入第一压力的水气，并在所述水气通入结束后，以第二预定时长对所述PECVD工艺腔进行抽真空；
通过水气供应系统向PECVD工艺腔内通入水气，通入水气的压力及时长，可以根据实际使用情况来确定。如图2所示，水气供应系统例如包括连接至PECVD工艺腔1的气路4，气路4中沿着气体的流向，顺次设置水罐5、减压阀3和供气启闭阀2，供气启闭阀2可以为气动阀，用于控制气路4向PECVD工艺腔1中通入水气与否。
在水气通入结束后，开启PECVD设备的真空泵对PECVD工艺腔进行抽真空，以将PECVD工艺腔内的至少大部分水气抽出，使得通入到PECVD工艺腔内水气主要残存附着在PECVD工艺腔的腔壁等表面位置，达到PECVD工艺腔内仅具有微量水气的目的，克服现有技术中无法精确微量的向PECVD工艺腔内输入水气的问题。
S2：以工作气对所述PECVD工艺腔吹扫第三预定时长；和/或，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，进行a-SiOx:H预沉积，以在所述PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a-SiOx:H膜；
为了进一步的降低PECVD工艺腔内水气的含量，以达到在沉积钝化膜时仅有及其微量的水气参与反应，可以以工作气对PECVD工艺腔进行吹扫，使得一部分水气被工作气带出，具体吹扫的时间可以根据实际需要确定。
当然，还可以进行a-SiOx:H预沉积，使得PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a-SiOx:H膜，a-SiOx:H膜对附着在PECVD工艺腔的腔壁表面的水气进行覆盖，可以降低附着在PECVD工艺腔的腔壁表面水气释放的能力，进一步降低在钝化层沉积过程中参与反应的水气，以降低沉积形成的a-SiOx:H钝化层中的氧含量，改善a-SiOx:H钝化层的导电性。
其中，根据实际情况，以工作气对PECVD工艺腔吹扫和对PECVD 工艺腔进行a-SiOx:H预沉积，可以择一选择，当然了，根据实际情况的需要，以工作气对PECVD工艺腔吹扫和对PECVD工艺腔进行 a-SiOx:H预沉积可以进行一次或两次以上。还可以既以工作气对PECVD工艺腔吹扫，又对PECVD工艺腔进行a-SiOx:H预沉积，并且，以工作气对PECVD工艺腔吹扫和对PECVD工艺腔进行a-SiOx:H预沉积，二者的顺序可以互换。
S3：将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，在所述单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，所述a-SiOx:H钝化层的氧含量自所述单晶硅片的表面，在所述 a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。例如但不限于，a-SiOx:H钝化层的厚度可以为4nm～15nm。
上述方案，在沉积钝化层之前向PECVD工艺腔内通入水气，可以实现极低水气分压的输入，水气极易附着PECVD工艺腔的腔壁表面，在通入水气后对PECVD工艺腔进行抽真空，以抽出PECVD工艺腔内的绝大部分水气，而附着在腔壁表面的水气极难被抽走，该附着在腔壁表面的水气，会在沉积钝化层的过程中持续不断的向钝化层成膜区域缓缓释放水气，由于附着在腔壁表面的水气是有限的，随着释放过程的推进，其释放了逐渐变小，则相应地，作为氧化剂参与到钝化层沉积的水气量也逐渐变小，实现了极低水气分压的精确渐变控制，使得沉积形成的a-SiOx:H钝化层中的氧含量自单晶硅片的表面，在 a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小，由于氧含量是逐渐变化的，因此，a-SiOx:H钝化层中没有明显的界面，不会出现严重的晶格失配情况。此外，由于水气的释放是微量的，则a-SiOx:H钝化层中的总的含氧量较低，因此，a-SiOx:H钝化层的导电性得以改善，可以降低太阳电池的串联电阻。采用水气作为氧化剂，既不会反应过于激烈，也不会引入其他杂质。
作为可实现方式，所述工作气包括SiH4和H2的至少任一种。
作为可实现方式，所述第一预定时长为5s～60s。
作为可实现方式，所述第一压力为20Pa～100Pa。
作为可实现方式，所述第二预定时长为1min～10min。
作为可实现方式，所述第三预定时长为1min～10min。
作为可实现方式，在进行a-SiOx:H预沉积时，工艺条件为：
所述工作气体为SiH4和H2，所述SiH4的流量为100sccm～500sccm，所述H2的流量500sccm～3000sccm，所述PECVD工艺腔内压强为 50Pa～150Pa，工艺温度为100℃～300℃，射频功率为300W～1000W。
作为可实现方式，所述在所述单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层时，工艺条件为：
所述工作气体为SiH4和H2，所述SiH4的流量为100sccm～500sccm，所述H2的流量500sccm～3000sccm，所述PECVD工艺腔内压强为 50Pa～150Pa，工艺温度为100℃～300℃，射频功率为300W～1000W。
以下以几种具体实现方式，对该发明提供的硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法，予以示例性说明，其并非是对本发明的唯一性限定。
第一种实现方式：
向PECVD工艺腔内通入10S，压力为80Pa的水气，并在水气通入结束后，开启PECVD设备的真空泵，对PECVD工艺腔进行5min 的抽真空。抽真空结束后，以SiH4或H2对PECVD工艺腔吹扫5min。在对扫结束后，将单晶硅片送入PECVD工艺腔，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，在单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，沉积形成的a-SiOx:H钝化层的氧含量自单晶硅片的表面，在a-SiOx:H 钝化层的厚度方向依次减小。在进行a-SiOx:H钝化层沉积时，采用以下工艺条件，SiH4的流量为100sccm，H2的流量500sccm，PECVD工艺腔内压强为50Pa，工艺温度为190℃，射频功率为500W。
第二种实现方式：
向PECVD工艺腔内通入20S，压力为70Pa的水气，并在水气通入结束后，开启PECVD设备的真空泵，对PECVD工艺腔进行8min 的抽真空。在抽真空结束后，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，进行a-SiOx:H预沉积，以在PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成 a-SiOx:H膜。a-SiOx:H预沉积采用以下工艺条件，SiH4的流量为 100sccm，H2的流量500sccm，PECVD工艺腔内压强为80Pa，工艺温度为190℃，射频功率为300W。在a-SiOx:H预沉积结束后，将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，在单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，沉积形成的a-SiOx:H 钝化层的氧含量自单晶硅片的表面，在a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。在进行a-SiOx:H钝化层沉积时，采用以下工艺条件，SiH4的流量为100sccm，H2的流量500sccm，PECVD工艺腔内压强为50Pa，工艺温度为190℃，射频功率为500W。
第三种实现方式：
向PECVD工艺腔内通入40S，压力为30Pa的水气，并在水气通入结束后，开启PECVD设备的真空泵，对PECVD工艺腔进行10min 的抽真空。在抽真空结束后，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，进行a-SiOx:H预沉积，以在PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成 a-SiOx:H膜。a-SiOx:H预沉积采用以下工艺条件，SiH4的流量为 100sccm，H2的流量500sccm，PECVD工艺腔内压强为80Pa，工艺温度为210℃，射频功率为300W。在a-SiOx:H预沉积结束后，以SiH4或H2对PECVD工艺腔吹扫1min。在对扫结束后，将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，在单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，沉积形成的a-SiOx:H钝化层的氧含量自单晶硅片的表面，在a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。在进行a-SiOx:H钝化层沉积时，采用以下工艺条件，SiH4的流量为 300sccm，H2的流量1000sccm，PECVD工艺腔内压强为100Pa，工艺温度为210℃，射频功率为800W。
第四种实现方式：
向PECVD工艺腔内通入60S，压力为30Pa的水气，并在水气通入结束后，开启PECVD设备的真空泵，对PECVD工艺腔进行10min 的抽真空。在抽真空结束后，以SiH4或H2对PECVD工艺腔吹扫10min。在对扫结束后，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，进行 a-SiOx:H预沉积，以在PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a-SiOx:H 膜。a-SiOx:H预沉积采用以下工艺条件，SiH4的流量为200sccm，H2的流量800sccm，PECVD工艺腔内压强为60Pa，工艺温度为210℃，射频功率为400W。在a-SiOx:H预沉积结束后，将单晶硅片送入所述 PECVD工艺腔，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，在单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，沉积形成的a-SiOx:H钝化层的氧含量自单晶硅片的表面，在a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。在进行a-SiOx:H钝化层沉积时，采用以下工艺条件，SiH4的流量为 300sccm，H2的流量1000sccm，PECVD工艺腔内压强为100Pa，工艺温度为210℃，射频功率为800W。
第五种实现方式：
向PECVD工艺腔内通入60S，压力为30Pa的水气，并在水气通入结束后，开启PECVD设备的真空泵，对PECVD工艺腔进行10min 的抽真空。在抽真空结束后，以SiH4或H2对PECVD工艺腔吹扫10min。在对扫结束后，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，进行 a-SiOx:H预沉积，以在PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a-SiOx:H 膜。a-SiOx:H预沉积采用以下工艺条件，SiH4的流量为200sccm，H2的流量800sccm，PECVD工艺腔内压强为60Pa，工艺温度为180℃，射频功率为400W。在a-SiOx:H预沉积结束后，以SiH4或H2对PECVD 工艺腔吹扫1min。在对扫结束后，将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在PECVD工艺腔通入SiH4和H2的情况下，在单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，沉积形成的a-SiOx:H钝化层的氧含量自单晶硅片的表面，在a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。在进行a-SiOx:H 钝化层沉积时，采用以下工艺条件，SiH4的流量为350sccm，H2的流量2000sccm，PECVD工艺腔内压强为100Pa，工艺温度为180℃，射频功率为1000W。
第二方面，本发明提供一种硅基异质结太阳电池制备方法，包括上述的硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法。
其制备原理及效果，具体参见上述硅基异质结太阳电池渐变硅氧钝化层的制备方法实施例，这里不再赘述。
需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以第一预定时长向PECVD工艺腔内通入第一压力的水气，并在所述水气通入结束后，以第二预定时长对所述PECVD工艺腔进行抽真空；
以工作气对所述PECVD工艺腔吹扫第三预定时长；和/或，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，进行a-SiOx:H预沉积，以在所述PECVD工艺腔的至少部分腔壁形成a-SiOx:H膜；
将单晶硅片送入所述PECVD工艺腔，在所述PECVD工艺腔通入工作气的情况下，在所述单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层，所述a-SiOx:H钝化层的氧含量自所述单晶硅片的表面，在所述a-SiOx:H钝化层的厚度方向依次减小。
2.根据权利要求1所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，所述工作气包括SiH4和H2的至少任一种。
3.根据权利要求1或2所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，所述第一预定时长为5s～60s。
4.根据权利要求1或2所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，所述第一压力为20Pa～100Pa。
5.根据权利要求1或2所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，所述第二预定时长为1min～10min。
6.根据权利要求1或2所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，所述第三预定时长为1min～10min。
7.根据权利要求1或2所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，在进行a-SiOx:H预沉积时，工艺条件为：
所述工作气体为SiH4和H2，所述SiH4的流量为100sccm～500sccm，所述H2的流量500sccm～3000sccm，所述PECVD工艺腔内压强为50Pa～150Pa，工艺温度为100℃～300℃，射频功率为300W～1000W。
8.根据权利要求1或2所述的硅基异质结太阳电池制备方法，其特征在于，所述在所述单晶硅片的表面沉积a-SiOx:H钝化层时，工艺条件为：
所述工作气体为SiH4和H2，所述SiH4的流量为100sccm～500sccm，所述H2的流量500sccm～3000sccm，所述PECVD工艺腔内压强为50Pa～150Pa，工艺温度为100℃～300℃，射频功率为300W～1000W。
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