CN112186069B - 一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法及电池,涉及太阳能电池制造领域,解决现有技术中遂穿氧化层均匀性差的问题。所述超薄遂穿氧化层的制备方法在管式炉管内完成,氧化时炉管内的压力为常压或微正压或微负压状态。本发明的遂穿氧化钝化接触电池的遂穿氧化层采用上述的制备方法制备。本发明制备的超薄遂穿氧化层的均匀性好,能够实现背靠背装片的规模化量产,能极大地提高量产遂穿氧化钝化接触电池的产品良率。

Description

一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法及电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域,尤其涉及一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法及电池。
背景技术
在晶体硅太阳能电池领域,硅片表面的氧化硅层有着重要的作用。对于高效N型遂穿氧化钝化接触结构的电池而言,它的背面钝化接触由遂穿氧化硅层和磷掺杂多晶硅层构成。电池片因吸收光能而产生的空穴在其受光面处被正面电极收集导通,而电池片内的电子在电池背面经遂穿作用通过氧化硅层再经过磷掺杂多晶硅层后被背电极收集导通。这种结构的电池最大的优点是电池的背表面都被高质量的钝化层所覆盖,没有形成载流子高复合的金属-硅接触区域,这样可以提高电池的电学性能。
在遂穿氧化层钝化接触结构的电池中,其遂穿氧化硅层起着重要作用:其一、氧化硅层可以饱和部分硅片表面的硅原子悬挂键进行硅片表面的钝化;其二、能够允许电池内电子顺利的遂穿通过氧化层到达磷掺杂多晶硅层;其三、由于磷元素在氧化硅层中的扩散速率远小于其在硅和多晶硅中的扩散速率。这能产生两种有益效果:其一是保证了基体硅片内少数载流子的寿命不因掺杂而降低;其二是维持了多晶硅薄膜中磷原子的浓度不因扩散进入硅基体而降低,进而维持了界面处的能带弯曲保持了良好的钝化效果。因此,要求硅片表面的氧化硅层具有较高的质量,能够在整个硅片表面形成致密且厚度均匀的氧化硅层。
如果硅片表面所形成的氧化硅层厚度不均匀,电池的整体性能就会下降。因为电子遂穿通过氧化硅层的概率与氧化层的厚度成反比关系,遂穿氧化层太厚的地方遂穿概率降低,导致接触性能不好进而降低电池性能。另外在后续高温磷激活工艺中,氧化层厚度不均匀会导致在较薄氧化层的地方出现磷原子扩散到硅基体的现象。这样会导致不良的效果,其一是破坏氧化层的完整性;其二是磷原子进入硅片增加内部的复合程度,进而降低硅片的少子寿命。
因此,在硅片表面制备出高质量且均匀性好的遂穿氧化层对于遂穿氧化层钝化接触电池而言至关重要。目前的太阳能电池制备工艺中对氧化层的均匀性研究较少,一般只停留在制备出氧化层即可,对氧化层的质量重视不够,氧化层的均匀性一般较差,这样会导致一个片子氧化层厚的地方由于电子的遂穿概率降低,会导致填充因子降低,电池效率也降低,在氧化层薄的地方会发生磷穿透遂穿氧化层,这样会破坏钝化效果,导致开路电压和短路电流都降低,进而也降低电池的效率,导致电池的电学性能较差,尤其是背靠背装片时,进气口和排气口处的氧化层的厚度相差巨大,导致背靠背装片的规模化量产发展受到极大限制,如此,氧化层的均匀性是影响遂穿氧化钝化接触结构电池量产良率的重要因素。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法及电池,提高遂穿氧化层的均匀性,并提高太阳能电池的电学性能,实现背靠背装片的规模化量产,极大地提高量产遂穿氧化钝化接触电池的产品良率。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
一方面,本发明提供了一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法,所述超薄遂穿氧化层的制备方法在管式炉管内完成,氧化时炉管内的压力为常压或微正压或微负压状态。
进一步的,所述氧化层为氧化硅层。
进一步的,包括以下步骤:
步骤101、对硅片进行前处理、清洗;
步骤102、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上,其中,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化面暴露于炉管氛围中;
步骤103、进舟氧化:常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气常压或微正压或微负压氧化,常压出舟。
进一步的,氧化时炉管内的压力范围为800-1200mbar。
进一步的,所述常压进舟的步骤包括:设置炉管压力为常压,氧化管温区设置温度在550-660℃,炉内通入氮气流量为2200-2800sccm,进舟时间为5-10min。
进一步的,所述氮气吹扫的步骤包括:设置炉管压力范围为800-1200mbar,通入氮气流量为1500-2500sccm进行吹扫;控制每个氧化管温区的温度为560-640℃。
进一步的,所述步骤103中,通气常压或微负压或微正压氧化包括采用纯氧为氧化气体或者采用氮气与氧气的混合气体为氧化气体。
进一步的,所述步骤103中,采用纯氧为氧化气体进行氧化的步骤包括:在炉管中通入纯的氧气,当炉内的压力达到微正压状态时关闭炉管的进气口和排气口,保持5-90min。
进一步的,所述步骤103中,采用氮气与氧气的混合气体为氧化气体进行氧化的步骤包括:维持炉管压力范围为800-1200mbar,每个氧化管温区的温度设置值相同,温度设置值为560-640℃,通入氮气流量范围为4000-20000sccm,通入氧气流量范围为:1000-10000sccm,氧化时间为1-90min。
另一方面,本发明还提供了一种遂穿氧化钝化接触电池,所述遂穿氧化钝化接触电池的遂穿氧化层采用上述的制备方法制备。
与现有技术相比,本发明至少能实现以下技术效果之一:
本发明提供的超薄遂穿氧化层的制备方法通过采用常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气常压或微正压或微负压氧化,常压出舟的工艺,保证在通气初期氧化气体快速从进气口处扩散到排气口处,使得混合气体均匀布满整个炉管,这样每个硅片表面得到相同的氧化气体进而获得一致的氧化进程。另一方面氧化气体为混合气体时,氧化时的800-1200mbar的状态能够保证炉内的气体在炉管内能充分的与硅片表面原子碰撞发生反应生成均匀的氧化硅层。
本发明的制备方法保证了炉管内各个部位的氧化层的厚度均匀性好,整管片子内部氧化硅层厚度的片内标准偏差小于或等于0.04nm,片间标准偏差小于或等于0.04nm,同一槽位朝向偏差小于或等于0.03nm,例如制备2.1nm厚度的氧化硅层,整管片子内部氧化硅层厚度的片内标准偏差为0.02~0.04nm,片间标准偏差为0.03~0.04nm,同一槽位朝向偏差为-0.02~0.03nm。不仅能够提高电池的电学性能;同时,能够保证背靠背装片的规模化量产,提高了产能,降低了生产成本,同时能够极大地提高量产遂穿氧化钝化接触电池的产品良率。
本发明提供的超薄遂穿氧化层的制备方法通过精确控制氧化过程的温度,保证氧化层的厚度不会过厚,满足了超薄遂穿氧化层的制备需求。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的对比例4的遂穿氧化钝化接触电池的钝化界面的磷原子浓度分布图;
图2为本发明的对比例5的遂穿氧化钝化接触电池的钝化界面的磷原子浓度分布图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。
太阳能电池的制备过程中,氧化层的制备是比较重要的步骤之一,超薄遂穿氧化硅层起着重要作用:其一、氧化硅层可以饱和部分硅片表面的硅原子悬挂键进行硅片表面的钝化;其二、能够允许电池内电子顺利的遂穿通过氧化层到达磷掺杂多晶硅层;其三、由于磷元素在氧化硅层中的扩散速率远小于其在硅和多晶硅中的扩散速率。遂穿氧化硅层能产生两种有益效果:其一是保证了基体硅片内少数载流子的寿命不因掺杂而降低;其二是维持了多晶硅薄膜中磷原子的浓度不因扩散进入硅基体而降低,进而维持了界面处的能带弯曲保持了良好的钝化效果。如果硅片表面所形成的氧化硅层厚度不均匀,电池的整体性能就会下降。因为电子遂穿通过氧化硅层的概率与氧化层的厚度成反比关系,遂穿氧化层太厚的地方遂穿概率降低,导致接触性能不好进而降低电池性能;另外在后续高温磷激活工艺中,氧化层厚度不均匀会导致在较薄氧化层的地方出现磷原子扩散到硅基体的现象;这样会导致不良的效果,其一是破坏氧化层的完整性;其二是磷原子进入硅片增加内部的复合程度,进而降低硅片的少子寿命。因此,在硅片表面制备出高质量且均匀性好的遂穿氧化层对于遂穿氧化层钝化接触电池而言至关重要。
然而目前的太阳能电池制备工艺中对氧化层的均匀性研究较少,一般只停留在制备出氧化层即可,对氧化层的质量重视不够,氧化层的均匀性的重要性尚未引起注意。
一方面,本发明提供了一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法,所述超薄遂穿氧化层的制备方法是在加热的管式炉管内完成。使用纯氧或者一定比例的氮气与氧气的混合气体为氧化气体。通氧氧化时管内的压力要求为常压或微正压或微负压状态,使用真空泵或压力恒定的排风系统来控制并保持管内的压力。
具体的,氧化层为氧化硅层。
具体的,超薄遂穿氧化层的制备方法包括以下步骤:
步骤101、对硅片进行前处理、清洗;
步骤102、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上,其中,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化面暴露于炉管氛围中;
步骤103、进舟氧化:包括常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气常压或微正压或微负压氧化,常压出舟。
具体的,上述步骤101中,前处理包括采用质量分数为40%的氢氧化钠碱溶液对硅片进行各向同性腐蚀,得到抛光的硅片表面,为了保证得到平整的硅片表面,控制硅片表面的反射率为45%-55%。优选的,硅片表面的反射率为50%。
具体的,硅片表面的微量污染也会导致器件失效,因此,硅片前处理后需要对硅片进行清洗,以清除表面污染的杂质。上述步骤101中,采用10%浓度的氢氟酸溶液对硅片进行清洗。
具体的,上述步骤103中,常压进舟的步骤包括:设置炉管压力为常压,氧化管温区设置温度在550-660℃,炉内通入氮气流量为2200-2800sccm,本步骤时间为5-10min。需要说明的是,进舟的过程中炉门开启的时间越长,炉内的温度下降越多,从工艺角度来看希望进舟时间越短越好;但是对于设备来说,过快的进舟速度需要更好的硬软件来匹配,短时间快速进舟引起的震动是否会撞到炉内的石英管等问题,因此,综合考虑,控制常压进舟的步骤的时间为5-10min。
具体的,上述步骤103中,炉内通入氮气流量过大会导致炉内的温度迅速降低,尤其是进气口端的温度降低迅速;流量过小的话不足以减轻环境的气体进入炉体;因此控制炉内通入氮气的流量为2200-2800sccm,优选的,炉内通入氮气流量为2500sccm。
具体的,上述步骤103中,常压进舟后需采取氮气吹扫,其步骤包括:设置炉管压力范围为800-1200mbar,通入氮气流量为1500-2500sccm(优选的,2000sccm)进行吹扫;每个氧化管温区设置值相同,且温度范围在560-640℃,本步骤时间为1-10min。选用流量适中的氮气吹扫,同时一定程度上能够清洁炉体、石英舟和硅片表面的大颗粒粉尘等。
具体的,上述步骤103中,恒温的步骤包括:设置炉管压力范围为800-1200mbar,氧化管每个温区设置值相同,且温度范围在560-640℃,通入氮气流量为4000-20000sccm,本步骤结束时炉管内的温度应达到设定值,本步骤时间为1-15min。恒温的步骤的作用是保证让炉内的温度达到并保持在设置值。
具体的,上述步骤103中,为了检查炉子的气密性,避免工艺过程中环境中的气体大量进入到炉体内,要对炉子做气密性检查。因此需要采用检漏,检漏的步骤包括:维持前一步的温度值,关闭真空泵阀门,漏率要求小于5mbar/min,本步骤时间为1min。如果漏率大于或等于5mbar/min,则需要对设备进行维护达标后再使用。
具体的,上述步骤103中,通气常压或微负压或微正压氧化包括采用纯氧为氧化气体或者一定比例的氮气与氧气的混合气体为氧化气体。
需要说明的是,采用纯氧为氧化气体进行氧化的步骤包括:在一定真空度(例如0.1mbar以下)的炉管中通入纯的氧气,当炉内的压力达到微正压状态时(采用纯氧氧化时,工艺宜为微正压,因为微负压状态下,纯氧气氧化时氧化层均匀性不好)关闭炉管的进气口和排气口,保持5-90min(例如10-40min),此时炉内充满相对静止的氧气,这样氧气在炉管内能充分与硅片表面原子发生碰撞,最终能得到厚度均匀的遂穿氧化硅层。其中,微正压状态是指炉管压力范围为1010-1200mbar,因为此时微正压能够保持足够量的氧气来氧化,太多气体也即压力太大会把炉门顶开。
需要说明的是,采用一定比例的氮气与氧气的混合气体为氧化气体进行氧化的步骤包括:维持炉管压力范围为800-1200mbar,每个氧化管温区设置值相同,温度范围在560-640℃,通入氮气流量范围为4000-20000sccm,通入氧气流量范围为:1000-10000sccm,本步骤时间为1-90min。氮气的作用之一是携带氧气,大量的氮气能够携带氧气使混合气体能够快速填满腔体,促进硅片表面形成均匀的氧化硅薄膜;其二,氮气能够稀释氧气,避免硅片表面与浓度不一样的氧气接触形成不均匀的氧化硅层。由于此步骤中一边通气一边抽气,因此,一般而言,采用纯氧气氧化时朝向进气口端的硅片表面因与高浓度氧气接触会形成较厚的氧化硅层,而背向进气口端的硅片表面则相反。采用氮气稀释后则能够改善整管硅片表面氧化硅层的均匀性。优选的,对于长度为275cm,直径为31cm的炉管,通入氮气流量范围为5000-20000sccm,通入氧气气流量范围为2000-10000sccm。
需要注意的是,上述步骤103中,采用一定比例的氮气与氧气的混合气体为氧化气体进行氧化的步骤中,维持炉管压力范围为800-1200mbar是非常关键的步骤之一,因为对于硅片表面的氧化硅层生长来说,最外层的硅原子在加热条件下与氧气分子碰撞发生氧化反应生成最外层氧化硅层,此氧化过程受控于表面原子与氧气的碰撞的概率,所以要形成均匀的最外层氧化硅层需要在通入氧气的前一步骤维持较低的炉内真空度,这样通氧气时才能保证氧化气体能快速填充整个氧化管。在后续的氧化过程中氧原子要穿过所形成的外层氧化硅层再与内部硅原子成键。此过程中如果炉管内压力过小,氧气在硅片表面的停留时间较短就会影响氧化进程。具体来说在较低真空度条件下(如600mbar),管内气体流动速度较快,面向进气口的硅片表面原子因与氧气分子碰撞的概率更高会形成较厚的氧化硅层,背向进气口方向的硅片表面因碰撞的概率更小则形成较薄的氧化硅层。如果氧化过程中设置800-1200mbar的状态,则氧气分子就能与硅片表面原子充分碰撞发生反应生成均匀的氧化硅层。
由于硅片表面的氧化硅层对氧化温度很敏感,在一定的条件下,硅片表面热氧化生长的氧化硅层厚度与氧化温度成正比例关系。对于遂穿氧化硅层来说,为了保证电子的遂穿效果要求氧化硅层的厚度不能太厚,例如,氧化硅层的厚度控制为1.5-2.2nm。因此,上述步骤103中,为了保证遂穿氧化硅层的厚度不能太厚,控制氧化过程中,氧化温度范围在560-640℃,氧化时间为1-90min,优选的,氧化时间为10-30min。
为保证整个炉管内硅片表面氧化硅层厚度的均匀性,在整个工艺过程中尽可能保持每个温区温度相一致,可以采用PLC温度控制系统保证每个温区的温差在±0.1℃,温度的均匀性能够保证氧化层的均匀性。
上述步骤103中,常压出舟包括:设置炉管压力为常压,氧化管温区设置温度范围在550-660℃,炉内通入氮气流量为2200-2800sccm(优选的,2500sccm),本步骤时间为5-10min。此步骤中通入氮气的目的是保持炉内压力稍大于环境以避免环境气体进入炉体,氮气流量太大会扰动炉内温度,因此,控制炉内通入氮气流量为2200-2800sccm。优选的,通入氮气流量为2500sccm。
另一方面,本发明还提供了一种遂穿氧化钝化接触电池,遂穿氧化钝化接触电池的遂穿氧化层采用上述的制备方法制备。
与现有技术相比,本发明提供的超薄遂穿氧化层的制备方法通过采用常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气常压或微正压或微负压氧化,常压出舟的工艺,保证在通气初期氧化气体快速从进气口处扩散到排气口处,使得混合气体均匀布满整个炉管,这样每个硅片表面得到相同的氧化气体进而获得一致的氧化进程。另一方面氧化气体为混合气体时,氧化时的800-1200mbar的状态能够保证炉内的气体在炉管内能充分的与硅片表面原子碰撞发生反应生成均匀的氧化硅层。
本发明的制备方法保证了炉管内各个部位的氧化层的厚度均匀性好,不仅能够提高电池的电学性能;同时,能够保证背靠背装片的规模化量产,提高了产能,降低了生产成本。
本发明提供的超薄遂穿氧化层的制备方法通过精确控制氧化过程的温度,保证氧化层的厚度不会过厚,满足了超薄遂穿氧化层的制备需求。
作为示例,本发明给出如下说明实施例用于说明利用本发明提供的超薄遂穿氧化层的制备方法的具体过程。
实施例1
本实施例公开了一种超薄遂穿氧化层的制备方法,具体步骤如下:
1、选择硅片:选择单晶N型硅片,其体电阻率为2.5Ω·cm;
2、制备易于测试超薄氧化硅层的硅片表面(为了尽可能准确的测量出厚度,尽量制备平整的测试表面),选用质量分数为40%的氢氧化钠碱溶液对硅片进行各向同性腐蚀,得到抛光的硅片表面,其反射率为50%;
3、清洗硅片:用10%浓度的氢氟酸溶液清洗硅片;
4、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上并将整个石英舟装满,考虑到机台的产出能力,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化面暴露于炉管氛围中即可;
5、进舟氧化:包括常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气微正压氧化,常压出舟;其中,通气微正压氧化时,氧化温度设置为640℃,管内压力设置1020mbar,通入氧气流量为3000sccm,通入氮气流量为9000sccm,氧化时间为15min。具体的工艺参数见表1。
氧化结束后,测量硅片表面超薄氧化硅层的厚度。选用椭偏仪测量硅片表面的氧化硅层厚度,结果如表6所示。
实施例2
本实施例公开了一种超薄遂穿氧化层的制备方法,具体步骤如下:
1、选择硅片:选择单晶N型硅片,其体电阻率为2.5Ω·cm;
2、制备易于测试超薄氧化硅层的硅片表面:选用质量分数为40%的氢氧化钾碱溶液对硅片进行各向同性腐蚀,得到抛光的硅片表面,其反射率为50%;
3、清洗硅片表面:用10%浓度的氢氟酸溶液清洗硅片;
4、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上并将整个石英舟装满,考虑到机台的产出能力,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化面暴露于炉管氛围中即可;
5、进舟氧化:包括常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气微负压氧化,常压出舟;其中,氧化温度设置为640℃,管内压力设置980mbar,通入氧气流量为3000sccm,通入氮气流量为9000sccm,氧化步骤时间为15min。具体的工艺参数见表2。
氧化结束后,测量硅片表面超薄氧化硅层的厚度。选用椭偏仪测量硅片表面的氧化硅层厚度,结果如表6所示。
对比例1
本对比例公开了一种超薄遂穿氧化层的制备方法,具体步骤如下:
1、选择硅片:选择单晶N型硅片,其体电阻率为2.5Ω·cm;
2、制备易于测试超薄氧化硅层厚度的硅片表面:选用质量分数为40%的氢氧化钠碱溶液对硅片进行各向同性腐蚀,得到抛光的硅片表面,其反射率为50%;
3、清洗硅片表面:用10%浓度的氢氟酸溶液清洗硅片;
4、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上并将整个石英舟装满,考虑到机台的产出能力,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化表面暴露于炉管氛围中;
5、进舟氧化:氧化温度设置为640℃,管内压力设置600mbar,通入氧气流量为3000sccm,通入氮气流量为9000sccm,氧化步骤时间为15min。具体的工艺参数见表3。
氧化结束后,测量硅片表面超薄氧化硅层的厚度。选用椭偏仪测量硅片表面的氧化硅层厚度,结果如表6所示。
对比例2
本对比例公开了一种超薄遂穿氧化层的制备方法,具体步骤如下:
1、选择硅片:选择单晶N型硅片,其体电阻率为2.5Ω·cm;
2、制备易于测试超薄氧化硅层厚度的硅片表面:选用质量分数为40%的氢氧化钠碱溶液对硅片进行各向同性腐蚀,得到抛光的硅片表面,其反射率为50%;
3、清洗硅片表面:用10%浓度的氢氟酸溶液清洗硅片;
4、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上并将整个石英舟装满,考虑到机台的产出能力,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化表面暴露于炉管氛围中;
5、进舟氧化:氧化温度设置为640℃,管内压力设置200mbar,通入氧气流量为3000sccm,通入氮气流量为9000sccm,氧化步骤时间为15min。具体的工艺参数见表4。
氧化结束后,测量硅片表面超薄氧化硅层的厚度。选用椭偏仪测量硅片表面的氧化硅层厚度,结果如表6所示。
对比例3
本对比例公开了一种超薄遂穿氧化层的制备方法,具体步骤如下:
1、选择硅片:选择单晶N型硅片,其体电阻率为2.5Ω·cm;
2、制备易于测试超薄氧化硅层厚度的硅片表面:选用质量分数为40%的氢氧化钠碱溶液对硅片进行各向同性腐蚀,得到抛光的硅片表面,其反射率为50%;
3、清洗硅片表面:用10%浓度的氢氟酸溶液清洗硅片;
4、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上并将整个石英舟装满,考虑到机台的产出能力,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化表面暴露于炉管氛围中;
5、进舟氧化:氧化温度设置为640℃,管内压力设置1300mbar,通入氧气流量为3000sccm,通入氮气流量为9000sccm,氧化步骤时间为15min。具体的工艺参数见表5。
氧化结束后,测量硅片表面超薄氧化硅层的厚度。选用椭偏仪测量硅片表面的氧化硅层厚度,结果如表6所示。
表1实施例1的相关工艺参数
Figure BDA0002658742510000141
表2实施例2的相关工艺参数
Figure BDA0002658742510000142
表3对比例1的相关工艺参数
Figure BDA0002658742510000143
Figure BDA0002658742510000151
表4对比例2的相关工艺参数
Figure BDA0002658742510000152
表5对比例3的相关工艺参数
Figure BDA0002658742510000153
表6实施例1-2和对比例1-3的超薄氧化硅层的厚度数据
Figure BDA0002658742510000154
Figure BDA0002658742510000161
从表6的薄膜厚度数据上看,实施例1-2得到的氧化硅层的薄膜厚度整管的均匀性很好,整管片子内部氧化硅层厚度的片内标准偏差为0.02~0.04nm,片间标准偏差为0.03~0.04nm,同一槽位朝向偏差为-0.02~0.03nm。对于同一个槽位来说,不同朝向片子的厚度差异较小;对比例1-3得到的氧化硅层的薄膜厚度整管的均匀性不好,片内标准偏差为0.03~0.13nm,片间标准偏差为0.08~0.1nm,同一槽位朝向偏差为0.05~0.14nm。对于同一个槽位来说,由于片子朝向不同会导致出现明显的厚度差异。
为了研究不同质量的氧化层对太阳能电池性能的影响,制备了不同的太阳能电池。
实施例3
本实施例提供了一种包括上述实施例1的氧化硅层的遂穿氧化钝化接触电池。遂穿氧化钝化接触电池的超薄氧化硅层表面包括多晶硅薄膜,多晶硅薄膜厚度为100纳米;对多晶硅薄膜进行磷掺杂,用离子注入对多晶硅进行磷掺杂并进行高温退火;对硅片进行氮化硅镀膜。
实施例4
本实施例提供了一种包括上述实施例2的氧化硅层的遂穿氧化钝化接触电池。遂穿氧化钝化接触电池的超薄氧化硅层表面包括多晶硅薄膜,多晶硅薄膜厚度为100纳米;对多晶硅薄膜进行磷掺杂,用离子注入对多晶硅进行磷掺杂并进行高温退火;对硅片进行氮化硅镀膜。
对比例4
本对比例提供了一种包括上述对比例1的氧化硅层的遂穿氧化钝化接触电池。遂穿氧化钝化接触电池的超薄氧化硅层表面包括多晶硅薄膜,多晶硅薄膜厚度为100纳米;对多晶硅薄膜进行磷掺杂,用离子注入对多晶硅进行磷掺杂并进行高温退火;对硅片进行氮化硅镀膜。
对比例5
本对比例提供了一种包括上述对比例2的氧化硅层的遂穿氧化钝化接触电池。遂穿氧化钝化接触电池的超薄氧化硅层表面包括多晶硅薄膜,多晶硅薄膜厚度为100纳米;对多晶硅薄膜进行磷掺杂,用离子注入对多晶硅进行磷掺杂并进行高温退火;对硅片进行氮化硅镀膜。
如图1所示,使用对比例4(对比例1的氧化结果)的工艺制备出的氧化层厚度在不同朝向上出现了明显的不同,在相同后续工艺条件下,氧化层厚度较薄的片子出现了磷原子穿透氧化硅薄膜扩散进入硅基体中。这样导致双面对称钝化的硅片的拟开路电压降低了9个毫伏。
如图2所示,使用对比例5(对比例2的氧化结果)的工艺制备出的氧化层厚度在不同朝向上出现了明显的不同,在相同后续工艺条件下,氧化层厚度较薄的片子出现了磷原子穿透氧化硅薄膜扩散进入硅基体中。这样导致双面对称钝化的硅片的拟开路电压降低了11个毫伏。
需要说明的是,对于TOPCON背面钝化来说,需要遂穿氧化层的厚度、多晶硅的厚度、磷源的多少和激活温度共同的配合起来,才能得到良好的效果。其中只要有一个参数变动就会影响整个钝化效果,其中最敏感的就是遂穿氧化层,它既要薄以满足电子遂穿,又要阻挡磷扩散进入硅基体。因此,整个硅片表面氧化硅层的厚度均匀性需要非常好。
如下表7所示为氧化层厚度与遂穿氧化钝化接触电池的相关性能的结果,由表7可以看出,氧化层厚度不均匀会导致炉管生产出来的硅片的效率分层。例如对比例2得到的硅片表面氧化层厚度均匀性不好,氧化层厚度不均匀导致的后果是:这个炉管生产出来的硅片效率会出现分层,也就是一半硅片效率在22.56%,而另一半效率则为22.05%。这样不仅会降低电池的电学性能;也不利于背靠背装片的规模化量产。
表7氧化层厚度与遂穿氧化钝化接触电池的相关性能
氧化层厚度(nm) 开路电压(V) 短路电流(A) 填充因子(%) 效率(%)
2.08 0.696 10.23 79.8 22.56
1.94 0.692 10.21 78.6 22.05
由此可见,氧化硅层的均匀性控制对于遂穿氧化钝化接触电池来说至关重要,当氧化硅层的均匀性不好时,会在薄氧化层的位置发生磷原子的穿透。这种穿透会带来不良效果:其一、是磷原子扩散进入硅片基体内,由于磷原子的进入破坏硅基体的原子晶格结构的完整性增加了少子复合概率;其二、是基体内高浓度的磷原子分布还会进一步加强硅片内部的俄歇复合发生;其三、是降低了多晶硅中掺杂磷元素的浓度,降低了该界面的能带弯曲进一步破坏了该结构的钝化效果。因此,制备均匀的遂穿氧化硅层至关重要。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种均匀的超薄遂穿氧化层的制备方法,其特征在于,所述超薄遂穿氧化层的制备方法在管式炉管内完成,包括以下步骤:
步骤101、对硅片进行前处理、清洗;
步骤102、硅片装舟:将硅片装载在石英舟上,其中,将两个硅片靠在一起装入石英舟的一个槽位中,将待氧化面暴露于炉管氛围中;
步骤103、进舟氧化:常压进舟,氮气吹扫,恒温,检漏,通气常压或微正压或微负压氧化,常压出舟;
所述常压进舟的步骤包括:设置炉管压力为常压,炉内通入氮气流量为2200-2800sccm,进舟时间为5-10min;
所述步骤103中,通气常压或微负压或微正压氧化包括采用纯氧为氧化气体或者采用氮气与氧气的混合气体为氧化气体;
所述步骤103中,采用纯氧为氧化气体进行氧化的步骤包括:在炉管中通入纯的氧气,当炉内的压力达到微正压状态时关闭炉管的进气口和排气口,保持5-90min;微正压状态是指炉管压力范围为1010-1200mbar;
所述步骤103中,采用氮气与氧气的混合气体为氧化气体进行氧化的步骤包括:维持炉管压力范围为800-1200mbar。
2.根据权利要求1所述的超薄遂穿氧化层的制备方法,其特征在于,所述氧化层为氧化硅层。
3.根据权利要求1所述的超薄遂穿氧化层的制备方法,其特征在于,所述常压进舟的步骤包括:氧化管温区设置温度在550-660℃。
4.根据权利要求3所述的超薄遂穿氧化层的制备方法,其特征在于,所述氮气吹扫的步骤包括:设置炉管压力范围为800-1200mbar,通入氮气流量为1500-2500sccm进行吹扫;控制每个氧化管温区的温度为560-640℃。
5.根据权利要求1所述的超薄遂穿氧化层的制备方法,其特征在于,所述步骤103中,采用氮气与氧气的混合气体为氧化气体进行氧化的步骤包括:每个氧化管温区的温度设置值相同,温度设置值为560-640℃,通入氮气流量范围为4000-20000sccm,通入氧气流量范围为:1000-10000sccm,氧化时间为1-90min。
6.一种遂穿氧化钝化接触电池,其特征在于,所述遂穿氧化钝化接触电池的遂穿氧化层采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113206002B (zh) * 2021-03-13 2024-01-12 普乐新能源科技(泰兴)有限公司 一种用于制备高均匀性的超薄氧化层的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102117779A (zh) * 2010-01-05 2011-07-06 上海华虹Nec电子有限公司 利用选择性外延提升sonos闪存器件可靠性的方法
CN105304749A (zh) * 2014-06-10 2016-02-03 Lg电子株式会社 太阳能电池及其制造方法
CN110931596A (zh) * 2019-10-31 2020-03-27 泰州中来光电科技有限公司 一种基于pvd技术制备钝化接触结构的方法
CN111293189A (zh) * 2020-02-03 2020-06-16 深圳市拉普拉斯能源技术有限公司 一种基于水平放置lpcvd设备的隧穿氧化方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120073650A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 David Smith Method of fabricating an emitter region of a solar cell
CN111063764A (zh) * 2019-12-04 2020-04-24 江苏杰太光电技术有限公司 一种钝化接触结构的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102117779A (zh) * 2010-01-05 2011-07-06 上海华虹Nec电子有限公司 利用选择性外延提升sonos闪存器件可靠性的方法
CN105304749A (zh) * 2014-06-10 2016-02-03 Lg电子株式会社 太阳能电池及其制造方法
CN110931596A (zh) * 2019-10-31 2020-03-27 泰州中来光电科技有限公司 一种基于pvd技术制备钝化接触结构的方法
CN111293189A (zh) * 2020-02-03 2020-06-16 深圳市拉普拉斯能源技术有限公司 一种基于水平放置lpcvd设备的隧穿氧化方法

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