CN115241326A - 一种太阳能电池钝化结构、其制备方法、制备装置和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池钝化结构、其制备方法、制备装置和用途，所述制备方法包括：采用热丝化学气相沉积法在硅片的表面依次制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。本发明均采用热丝化学气相沉积法制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，采用同一种工艺制备能够在不破除真空的条件下，避免对硅片和膜层造成损伤，保证钝化效果而且能够有效缩短工艺时间。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种太阳能电池钝化结构、其制备方法、制备装置和用途。
背景技术
TOPCon即隧穿氧化层钝化接触电池，是基于N型硅片，该电池的核心技术是背钝化接触，包括超薄氧化硅(SiO2)薄膜和磷掺杂多晶硅(Poly-Si)薄膜作为钝化层，氮化硅薄膜(SiNx)作为保护层。
现有技术中对于上述三种薄膜的制备均采用不同设备，例如LPCVD制备氧化硅薄膜，LPCVD+磷扩散炉制备磷掺杂多晶硅薄膜，PECVD制备氮化硅薄膜。采用上述技术镀膜时间长且镀膜温度相对较高，不利于产能的提升；另外硅片需要在设备间转运，容易造成硅片的损坏，以及硅片表面被大气污染，导致良率下降。
因此，如何提供一种太阳能电池钝化结构的制备方式，避免制备过程中的大气污染以及硅片损坏，而且能够缩短制备工艺时间，成为目前迫切需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能电池钝化结构、其制备方法、制备装置和用途，均采用热丝化学气相沉积法制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，采用同一种工艺制备能够在不破除真空的条件下，避免对硅片和膜层造成损伤，保证钝化效果而且能够有效缩短工艺时间。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法包括：
采用热丝化学气相沉积法在硅片的表面依次制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。
本发明在制备太阳能电池钝化结构时，均采用热丝化学气相沉积法进行制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，可以在同一装置内且不破真空的情况下进行制备不同膜层的钝化结构，避免了在更换不同设备时，大气对薄膜的污染和损伤，此外，本发明采用热丝化学气相沉积法制备，相比于现有技术中多种镀膜设备的配合，有效缩短了工艺时间；进一步地，本发明中三种膜层均采用热丝化学气相沉积法制备，同一方法对硅片的损伤小，且同一种方法制备的薄膜亲和性好，进一步地优化了钝化效果。
本发明中采用热丝化学气相沉积法制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，主要具有以下优点：
a.与LPCVD相比，将氧化硅层的沉积与多晶硅层的沉积分开进行，可以降低工艺难度，且可以避免两种膜层沉积过程间的相互污染，在大规模生产中，更能保证薄膜的质量。
b.与磷扩散炉相比，由于热丝的温度很高，所以在进行激活和推进的过程中，只需要将热丝到硅片的距离缩短，硅片表面可以迅速地达到所需温度，缩短工序所需时间，有效地提高产能。
c.与PECVD相比，没有等离子体对薄膜以及衬底进行轰击，避免对界面造成损伤；另外气体利用率是PECVD的5～7倍，镀膜速率是PECVD的8～10倍，也有利于产能的提高。
作为本发明的一个优选技术方案，所述制备方法在同一热丝化学气相沉积装置中进行，所述热丝化学气相沉积装置包括依次连接的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔，所述第一反应腔用于制备氧化硅层，所述第二反应腔用于制备磷掺杂多晶硅层，所述第三反应腔用于制备氮化硅层。
作为本发明的一个优选技术方案，所述硅片进行预处理。
优选地，所述预处理包括硼扩散、刻蚀和预热。
优选地，所述预热的温度为100～200℃，例如为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃。
作为本发明的一个优选技术方案，所述氧化硅层的制备方式包括：以第一硅源和氧源为气相原料，在第一反应腔采用热丝化学气相沉积法在硅片的表面制备得到氧化硅层。
优选地，所述第一反应腔的热丝温度为1600～2000℃，例如为1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃、1850℃、1900℃、1950℃或2000℃。
优选地，所述第一反应腔中热丝与硅片的距离为40～150mm，例如为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm。
优选地，所述第一反应腔中沉积气压为1～100Pa，例如为1Pa、10Pa、20Pa、30Pa、40Pa、50Pa、60Pa、70Pa、80Pa、90Pa或100Pa。
优选地，所述第一硅源为正硅酸乙酯，所述氧源为臭氧。
优选地，所述正硅酸乙酯与臭氧的体积比为(1～10):1，例如为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。
优选地，所述氧化硅层的厚度为1～1.5nm，例如为1.0nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、1.4nm或1.5nm。
作为本发明的一个优选技术方案，所述磷掺杂多晶硅层的制备方式包括；以第二硅源、磷源和氢气为气相原料，在第二反应腔内对所述氧化硅层的表面采用热丝气相沉积法制备磷掺杂非晶硅层，退火处理后，磷掺杂非晶硅层转变为磷掺杂多晶硅层。
优选地，所述第二反应腔中热丝的温度为1600～2000℃，例如为1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃、1850℃、1900℃、1950℃或2000℃。
本发明中通过控制第二反应腔中热丝化学气相沉积过程中热丝的温度为1600～2000℃，确保原料的分解效率以及分解产物，从而避免反应过程中产生副产物影响膜质量。若温度低于1600℃，不仅影响原料分解效率，而且分解产物具有不利物质，影响膜性能。
优选地，所述第二反应腔中热丝与硅片的距离为40～150mm，例如为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm。
优选地，所述第二反应腔的沉积气压为1～100Pa，例如为1Pa、10Pa、20Pa、30Pa、40Pa、50Pa、60Pa、70Pa、80Pa、90Pa或100Pa。
优选地，所述第二硅源为正硅酸乙酯，所述磷源为磷烷。
优选地，所述正硅酸乙酯、磷烷和氢气之间的体积比为1:(0.01～0.1):(10～100)，例如为1:0.01:10、1:0.02:20、1:0.03:30、1:0.04:40、1:0.05:50、1:0.06:60、1:0.07:70、1:0.08:80、1:0.09:90或1:0.10:100。
优选地，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为100～150nm，例如为100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm或150nm。
作为本发明的一个优选技术方案，所述退火处理步骤之前进行抽真空并通入保护气。
优选地，所述保护气包括氮气。
优选地，所述退火处理的压强为10～50Pa，例如为10Pa、15Pa、20Pa、25Pa、30Pa、35Pa、40Pa、45Pa或50Pa。
优选地，所述退火处理采用热丝加热，所述退火处理在所述第二反应腔内进行，即所述退火处理与所述磷掺杂非晶硅层制备采用同一热丝。
本发明以热丝化学气相沉积设备为基础，仅通过对反应腔内进行通入保护气以及调节热丝距离，在热丝化学气相沉积设备内利用磷烷和正硅酸乙酯作为原料，完成了磷掺杂非晶硅膜的制备，进而加热退火，使热丝靠近硅片表面，利用热丝的热辐射对硅片进行迅速加热，实现快速退火，激活掺杂的磷原子，制备得到磷掺杂多晶硅膜，正硅酸乙酯原料成本低且安全性高，分解后的活性粒子较为纯净，故沉积得到的薄膜质量高，进一步地，本发明在制备过程中均在反应腔内进行，原位沉积掺杂有效避免了大气对薄膜性能的影响，具有制备工艺时间短和膜质量高等特点。
优选地，所述退火处理中热丝的温度为2000～2200℃，例如为2000℃、2020℃、2040℃、2060℃、2080℃、2100℃、2120℃、2140℃、2160℃、2180℃或2200℃。
优选地，所述退火处理中热丝与硅片之间的距离为1～10mm，例如为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
作为本发明的一个优选技术方案，所述氮化硅层的制备方式包括：以第三硅源和氮源为气相原料，在第三反应腔内对所述磷掺杂多晶硅层的表面采用热丝气相沉积法制备氮化硅层。
优选地，所述第三反应腔中热丝温度为1600～2000℃，例如为1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃、1850℃、1900℃、1950℃或2000℃。
优选地，所述第三反应腔中热丝与硅片之间的距离为40～150mm，例如为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm。
优选地，所述第三反应腔中沉积气压为1～100Pa，例如为1Pa、10Pa、20Pa、30Pa、40Pa、50Pa、60Pa、70Pa、80Pa、90Pa或100Pa。
优选地，所述第三硅源为硅烷，所述氮源为氨气。
优选地，所述硅烷与氨气的体积比为1:(2～10)，例如为1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10。
优选地，所述氮化硅层的厚度为70～120nm，例如为70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm或120nm。
需要说明的是，本发明中正硅酸乙酯均通过采用加热蒸发产生蒸汽。利用氮气载气吹入反应腔内进行热丝化学气相沉积。
第二方面，本发明提供了一种太阳能电池钝化结构的制备装置，所述太阳能电池钝化结构的制备装置采用如第一方面所述的太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备装置包括热丝化学气相沉积装置，所述热丝化学气相沉积装置包括第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔，所述第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔之间采用转换腔传动。
硅片依次传动至第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔，在硅片的表面依次制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。
示例性地，提供一种上述太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将硼扩散和刻蚀后的硅片在100～200℃下预热后，将硅片传输至第一反应腔，采用热丝化学气相沉积法进行氧化硅层制备，其中通入体积比为(1～10):1的正硅酸乙酯和臭氧，热丝温度1600～2000℃，热丝与硅片距离40～150mm，以及沉积气压1～100Pa，硅片表面制备得到厚度为1～1.5nm的氧化硅层；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)具有氧化硅层的硅片传输至第二反应腔，采用热丝气相沉积法制备磷掺杂多晶硅层，其中，通入体积比为1:(0.01～0.1):(10～100)的正硅酸乙酯、磷烷和氢气，热丝温度1600～2000℃，热丝与硅片距离40～150mm，以及沉积气压1～100Pa，沉积得到磷掺杂非晶硅层，进一步地，对第二反应腔抽真空后，通入氮气，使第二反应腔内压强为10～50Pa，热丝升温至2000～2200℃，热丝与硅片之间的距离调整为1～10mm，对磷掺杂非晶硅层进行退火处理后，转化为厚度100～150nm的磷掺杂多晶硅层；
(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)具有氧化硅层和磷掺杂多晶硅层的硅片传输至氮化硅制备腔，采用第三热丝气相沉积法制备氮化硅层，其中，通入体积比为1:(2～10)的硅烷和氨气，热丝温度1600～2000℃，热丝与硅片距离40～150mm，以及沉积气压1～100Pa，沉积得到厚度70～120nm的氮化硅层。上述步骤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均在同一热丝化学气相沉积装置内的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔内制备。
第三方面，本发明提供了一种太阳能电池钝化结构，所述太阳能电池钝化结构采用第一方面所述的太阳能电池钝化结构的制备方法制备得到，所述阳能电池钝化结构包括硅片，以及在硅片表面依次层叠设置的氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。
第四方面，本发明提供了一种如第三方面所述的太阳能电池钝化结构的用途，所述太阳能电池钝化结构用于TOPCon的背钝化层。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明在制备太阳能电池钝化结构时，均采用热丝化学气相沉积法进行制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，可以在同一装置内且不破真空的情况下进行制备不同膜层的钝化结构，避免了在更换不同设备时，大气对薄膜的污染和损伤，此外，本发明采用热丝化学气相沉积法制备，相比于现有技术中多种镀膜设备的配合，有效缩短了工艺时间；进一步地，本发明中三种膜层均采用热丝化学气相沉积法制备，同一方法对硅片的损伤小，且同一种方法制备的薄膜亲和性好，进一步地优化了钝化效果。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的太阳能电池钝化结构的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式中提供的太阳能电池钝化结构的制备装置的结构示意图。
其中，1-硅片；2-氧化硅层；3-磷掺杂多晶硅层；4-氮化硅层；5-第一反应腔；6-第二反应腔；7-第三反应腔；8-预热腔；9-卸载腔；10-第一转换腔；11-第二转换腔。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，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”等仅用于描述目的，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”等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。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池钝化结构，如图1所示，所述阳能电池钝化结构包括硅片1，以及在硅片表面依次层叠设置的氧化硅层2、磷掺杂多晶硅层3和氮化硅层4。
本发明还提供了一种上述太阳能电池钝化结构的制备装置，如图2所示，所述制备装置包括热丝化学气相沉积装置，所述热丝化学气相沉积装置包括第一反应腔5、第二反应腔6和第三反应腔7，所述第一反应腔5、第二反应腔6和第三反应腔7之间采用转换腔传动，例如第一反应腔5和第二反应腔6之间设置第一转换腔10，第二反应腔6和第三反应腔7之间设置第二转换腔11。可选地，所述制备装置还包括设置于第一反应腔5入口的预热腔8，以及设置于氮化硅层7制备腔的卸载腔9，预热腔8用于对硅片进行预热，卸载腔9用于卸载取出镀膜后的硅片。
硅片依次传动至第一反应腔5、第二反应腔6和第三反应腔7，在硅片的表面依次制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，并由卸载腔9取出。
在另一个具体实施方式中，本发明还提供了一种制备上述太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法包括：
(Ⅰ)将硼扩散和刻蚀后的硅片在100～200℃下预热后，将硅片传输至第一反应腔，采用第一热丝化学气相沉积法进行氧化硅层制备，其中通入体积比为(1～10):1的正硅酸乙酯和臭氧，热丝温度1600～2000℃，热丝与硅片距离40～150mm，以及沉积气压1～100Pa，硅片表面制备得到厚度1～1.5nm的氧化硅层；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)具有氧化硅层的硅片传输至第二反应腔，采用第二热丝气相沉积法制备磷掺杂多晶硅层，其中，通入体积比为1:(0.01～0.1):(10～100)的正硅酸乙酯、磷烷和氢气，热丝温度1600～2000℃，热丝与硅片距离40～150mm，以及沉积气压1～100Pa，沉积得到磷掺杂非晶硅层，进一步地，对第二反应腔抽真空后，通入氮气，使第二反应腔内压强为10～50Pa，热丝升温至2000～2200℃，热丝与硅片之间的距离调整为1～10mm，对磷掺杂非晶硅层进行退火处理后，转化为厚度100～150nm的磷掺杂多晶硅层；
(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)具有氧化硅层和磷掺杂多晶硅层的硅片传输至氮化硅制备腔，采用第三热丝气相沉积法制备氮化硅层，其中，通入体积比为1:(2～10)的硅烷和氨气，热丝温度1600～2000℃，热丝与硅片距离40～150mm，以及沉积气压1～100Pa，沉积得到厚度70～120nm的氮化硅层。上述步骤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均在同一热丝化学气相沉积装置内的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔内制备。
其中，正硅酸乙酯均采用加热和氮气载气吹入的方式进入反应腔内。
本发明还提供了一种上述太阳能电池钝化结构的用途，用于TOPCon电池的背钝化结构。
实施例1
本实施例提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法包括：
(Ⅰ)将硼扩散和刻蚀后的硅片在150℃下预热后，将硅片传输至第一反应腔，采用第一热丝化学气相沉积法进行氧化硅层制备，其中通入体积比为5:1的正硅酸乙酯和臭氧，热丝温度1800℃，热丝与硅片距离100mm，以及沉积气压50Pa，硅片表面制备得到厚度1.3nm的氧化硅层；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)具有氧化硅层的硅片传输至第二反应腔，采用第二热丝气相沉积法制备磷掺杂多晶硅层，其中，通入体积比为1:0.05:50的正硅酸乙酯、磷烷和氢气，热丝温度1800℃，热丝与硅片距离100mm，以及沉积气压50Pa，沉积得到磷掺杂非晶硅层，进一步地，对第二反应腔抽真空后，通入氮气，使第二反应腔内压强为30Pa，热丝升温至2100℃，热丝与硅片之间的距离调整为5mm，对磷掺杂非晶硅层进行退火处理后，转化为厚度125nm磷掺杂多晶硅层；
(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)具有氧化硅层和磷掺杂多晶硅层的硅片传输至氮化硅制备腔，采用第三热丝气相沉积法制备氮化硅层，其中，通入体积比为1:6的硅烷和氨气，热丝温度1800℃，热丝与硅片距离100mm，以及沉积气压50Pa，沉积得到厚度100nm氮化硅层。上述步骤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均在同一热丝化学气相沉积装置内的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔内制备。
实施例2
本实施例提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法包括：
(Ⅰ)将硼扩散和刻蚀后的硅片在100℃下预热后，将硅片传输至第一反应腔，采用第一热丝化学气相沉积法进行氧化硅层制备，其中通入体积比为1:1的正硅酸乙酯和臭氧，热丝温度1600℃，热丝与硅片距离40mm，以及沉积气压1Pa，硅片表面制备得到厚度1nm的氧化硅层；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)具有氧化硅层的硅片传输至第二反应腔，采用第二热丝气相沉积法制备磷掺杂多晶硅层，其中，通入体积比为1:0.01:10的正硅酸乙酯、磷烷和氢气，热丝温度1600℃，热丝与硅片距离40mm，以及沉积气压10Pa，沉积得到磷掺杂非晶硅层，进一步地，对第二反应腔抽真空后，通入氮气，使第二反应腔内压强为10Pa，热丝升温至2000℃，热丝与硅片之间的距离调整为1mm，对磷掺杂非晶硅层进行退火处理后，转化为厚度100nm磷掺杂多晶硅层；
(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)具有氧化硅层和磷掺杂多晶硅层的硅片传输至氮化硅制备腔，采用第三热丝气相沉积法制备氮化硅层，其中，通入体积比为1:2的硅烷和氨气，热丝温度1600℃，热丝与硅片距离40mm，以及沉积气压1Pa，沉积得到厚度70nm氮化硅层。上述步骤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均在同一热丝化学气相沉积装置内的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔内制备。
实施例3
本实施例提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法包括：
(Ⅰ)将硼扩散和刻蚀后的硅片在200℃下预热后，将硅片传输至第一反应腔，采用第一热丝化学气相沉积法进行氧化硅层制备，其中通入体积比为10:1的正硅酸乙酯和臭氧，热丝温度2000℃，热丝与硅片距离150mm，以及沉积气压100Pa，硅片表面制备得到厚度1.5nm的氧化硅层；
(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)具有氧化硅层的硅片传输至第二反应腔，采用第二热丝气相沉积法制备磷掺杂多晶硅层，其中，通入体积比为1:0.1:100的正硅酸乙酯、磷烷和氢气，热丝温度2000℃，热丝与硅片距离150mm，以及沉积气压100Pa，沉积得到磷掺杂非晶硅层，进一步地，对第二反应腔抽真空后，通入氮气，使第二反应腔内压强为50Pa，热丝升温至、2200℃，热丝与硅片之间的距离调整为10mm，对磷掺杂非晶硅层进行退火处理后，转化为厚度150nm磷掺杂多晶硅层；
(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)具有氧化硅层和磷掺杂多晶硅层的硅片传输至氮化硅制备腔，采用第三热丝气相沉积法制备氮化硅层，其中，通入体积比为1:10的硅烷和氨气，热丝温度2000℃，热丝与硅片距离150mm，以及沉积气压100Pa，沉积得到厚度120nm氮化硅层。上述步骤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均在同一热丝化学气相沉积装置内的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔内制备。
实施例4
本实施例提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，与实施例1相比，其区别在于，步骤(Ⅱ)中，热丝化学气相沉积温度为1500℃，其余参数和步骤与实施例1完全相同。
实施例5
本实施例提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，与实施例1相比，其区别在于，步骤(Ⅱ)中，热丝化学气相沉积温度为2200℃，其余参数和步骤与实施例1完全相同。
对比例1
本对比例提供了一种太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备方法包括采用LPCVD，通入氧气，氧化硅片制备一层氧化硅层；
利用LPCVD的高温和低压条件(温度为610℃，压力为120mTorr)，将通入的硅烷进行分解，沉积一层微晶非晶混合硅基薄膜；随后进入扩散炉内进行磷掺杂，在920℃高温条件下，钝化性能进行激活，且微晶非晶混合硅基薄膜在高温下结晶性发生变化，逐渐转化为多晶硅层；
最后利用PECVD技术沉积一层氮化硅层。
其中，氧化硅层、多晶硅层和氮化硅层的厚度与实施例1相同。
对上述实施例和对比例制备得到的太阳能电池钝化结构采用Semilab WT-2000设备进行少子寿命测试，测试结果如表1所示。
表1
| 少子寿命(ms) | 制备时间(min) | |
| 实施例1 | 2.28 | 4.1 |
| 实施例2 | 2.17 | 3.5 |
| 实施例3 | 2.12 | 4.8 |
| 实施例4 | 1.83 | 4.3 |
| 实施例5 | 1.75 | 3.8 |
| 对比例1 | 2.04 | 120 |
由上表可知：
(1)实施例1与实施例4、5相比，可以看出，本发明中通过控制第二热丝化学气相沉积过程中热丝的温度为1600～2000℃，确保原料的分解效率以及分解产物，从而避免反应过程中产生副产物影响膜质量。若温度低于1600℃，不仅影响原料分解效率，而且分解产物具有不利物质，影响膜性能。
(2))实施例1与对比例1相比，可以看出，本发明在制备太阳能电池钝化结构时，均采用热丝化学气相沉积法进行制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，可以在同一装置内且不破真空的情况下进行制备不同膜层的钝化结构，避免了在更换不同设备时，大气对薄膜的污染和损伤，此外，本发明采用热丝化学气相沉积法制备，相比于现有技术中多种镀膜设备的配合，有效缩短了工艺时间；进一步地，本发明中三种膜层均采用热丝化学气相沉积法制备，同一方法对硅片的损伤小，且同一种方法制备的薄膜亲和性好，进一步地优化了钝化效果。
本发明中采用热丝化学气相沉积法制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层，主要具有以下优点：
a.与LPCVD相比，将氧化硅层的沉积与多晶硅层的沉积分开进行，可以降低工艺难度，且可以避免两种膜层沉积过程间的相互污染，在大规模生产中，更能保证薄膜的质量。
b.与磷扩散炉相比，由于热丝的温度很高，所以在进行激活和推进的过程中，只需要将热丝到硅片的距离缩短，硅片表面可以迅速地达到所需温度，缩短工序所需时间，有效地提高产能。
c.与PECVD相比，没有等离子体对薄膜以及衬底进行轰击，避免对界面造成损伤；另外气体利用率是PECVD的5～7倍，镀膜速率是PECVD的8～10倍，也有利于产能的提高。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池钝化结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
采用热丝化学气相沉积法在硅片的表面依次制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法在同一热丝化学气相沉积装置中进行，所述热丝化学气相沉积装置包括依次连接的第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔，所述第一反应腔用于制备氧化硅层，所述第二反应腔用于制备磷掺杂多晶硅层，所述第三反应腔用于制备氮化硅层。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硅片进行预处理；
优选地，所述预处理包括硼扩散、刻蚀和预热；
优选地，所述预热的温度为100～200℃。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化硅层的制备方式包括：以第一硅源和氧源为气相原料，在第一反应腔采用热丝化学气相沉积法在硅片的表面制备得到氧化硅层；
优选地，所述第一反应腔的热丝温度为1600～2000℃；
优选地，所述第一反应腔中热丝与硅片的距离为40～150mm；
优选地，所述第一反应腔中沉积气压为1～100Pa；
优选地，所述第一硅源为正硅酸乙酯，所述氧源为臭氧；
优选地，所述正硅酸乙酯与臭氧的体积比为(1～10):1；
优选地，所述氧化硅层的厚度为1～1.5nm。
5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述磷掺杂多晶硅层的制备方式包括：以第二硅源、磷源和氢气为气相原料，在第二反应腔内对所述氧化硅层的表面采用热丝气相沉积法制备磷掺杂非晶硅层，退火处理后，磷掺杂非晶硅层转变为磷掺杂多晶硅层；
优选地，所述第二反应腔中热丝的温度为1600～2000℃；
优选地，所述第二反应腔中热丝与硅片的距离为40～150mm；
优选地，所述第二反应腔的沉积气压为1～100Pa；
优选地，所述第二硅源为正硅酸乙酯，所述磷源为磷烷；
优选地，所述正硅酸乙酯、磷烷和氢气之间的体积比为1:(0.01～0.1):(10～100)；
优选地，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为100～150nm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理步骤之前进行抽真空并通入保护气；
优选地，所述保护气包括氮气；
优选地，所述退火处理的压强为10～50Pa；
优选地，所述退火处理采用热丝加热，所述退火处理在所述第二反应腔内进行；
优选地，所述退火处理中热丝的温度为2000～2200℃；
优选地，所述退火处理中热丝与硅片之间的距离为1～10mm。
7.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硅层的制备方式包括：以第三硅源和氮源为气相原料，在第三反应腔内对所述磷掺杂多晶硅层的表面采用热丝气相沉积法制备氮化硅层；
优选地，所述第三反应腔中热丝温度为1600～2000℃；
优选地，所述第三反应腔中热丝与硅片之间的距离为40～150mm；
优选地，所述第三反应腔中沉积气压为1～100Pa；
优选地，所述第三硅源为硅烷，所述氮源为氨气；
优选地，所述硅烷与氨气的体积比为1:(2～10)；
优选地，所述氮化硅层的厚度为70～120nm。
8.一种太阳能电池钝化结构的制备装置，其特征在于，所述太阳能电池钝化结构的制备装置采用权利要求1-7任一项所述的太阳能电池钝化结构的制备方法，所述制备装置包括热丝化学气相沉积装置，所述热丝化学气相沉积装置包括第一反应腔、第二反应第二反应腔和第三反应第三反应腔，所述第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔之间采用转换腔传动；
硅片依次传动至第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔，在硅片的表面依次制备氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。
9.一种太阳能电池钝化结构，其特征在于，所述太阳能电池钝化结构采用权利要求1-7任一项所述的太阳能电池钝化结构的制备方法制备得到，所述阳能电池钝化结构包括硅片，以及在硅片表面依次层叠设置的氧化硅层、磷掺杂多晶硅层和氮化硅层。
10.一种权利要求9所述的太阳能电池钝化结构的用途，其特征在于，所述太阳能电池钝化结构用于TOPCon的背钝化层。
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