CN117248199A - 一种防止爆膜的pecvd沉积非晶硅的方法 - Google Patents

一种防止爆膜的pecvd沉积非晶硅的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,通过在沉积非晶硅薄膜的同时掺杂入碳原子,薄膜中的氢原子与碳原子形成碳氢键,在退火时碳氢键不易断裂,从而避免了短时间有大量的氢气释放导致爆膜的发生;同时碳原子还降低了非晶硅薄膜的晶化率,从而减少非晶硅薄膜内应力的积累,可以有效的抑制爆膜。第一非晶硅层对隧穿氧化层起到保护作用,避免退火晶化时,磷原子和碳原子进入隧穿氧化层,破坏遂穿氧化层的钝化效果。

Description

一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,具体是一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法。
背景技术
在制备TOPCon电池的过程中,其中有一个步骤是在硅片的背面沉积非晶硅层,一般采用PECVD设备进行沉积。
PECVD采用等离子辉光放电制备非晶硅层,会产生以下缺陷:1、PECVD沉积非晶硅膜层时,大量H进入非晶硅膜层,在之后的晶化退火过程,H聚集以氢气形式在薄膜内部形成空腔,高温激发氢气快速逸出,导致薄膜破裂;2、在沉积过程中,部分位置发生相变,在薄膜内部及与氧化硅界面产生了集中应力,最终导致薄膜爆裂脱落。上述现象会导致该区域无非晶硅钝化或非晶硅钝化效果变差,影响电池的效率及良率。
发明内容
为解决背景技术中的技术问题,本发明公开了一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法。
本发明提供一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,包括以下步骤:
S1、将N型硅片垂直插入石墨舟内,然后放入炉管;
S2、炉管内加热并保温;
S3、炉管内抽真空;
S4、在硅片背面沉积遂穿氧化层;
S5、在隧穿氧化层上沉积第一非晶硅层;
S6、在第一非晶硅层上沉积掺杂磷原子和碳原子的第二非晶硅层;
S7、炉管内充入氮气,直至炉管内的压力与大气压相等,然后从炉管内取出石墨舟,完成遂穿氧化层和原位掺杂碳原子磷原子的非晶硅薄膜的制备。
本发明通过在沉积非晶硅薄膜的同时掺杂入碳原子,薄膜中的氢原子与碳原子形成碳氢键,在退火时碳氢键不易断裂,从而避免了短时间有大量的氢气释放导致爆膜的发生;同时碳原子还降低了非晶硅薄膜的晶化率,从而减少非晶硅薄膜内应力的积累,可以有效的抑制爆膜。
第一非晶硅层对隧穿氧化层起到保护作用,避免退火晶化时,磷原子和碳原子进入隧穿氧化层,破坏遂穿氧化层的钝化效果。
加热温度过高,遂穿氧及非晶硅沉积速度较快,容易造成遂穿氧化层非晶硅层不致密,成膜质量较差,钝化效果较差;加热温度过低,反应速度过慢,会增加工艺时间,增加生成成本,基于此,进一步的设计是:S2中加热温度为410-430℃。
保温时间过长,增加工艺时间,增加生成成本,保温时间过短,石英管内温度分布不均匀性,容易出现不同温区之间温度差异较大,基于此,进一步的设计是:保温时间为3-4min。
如隧穿氧化层的过薄,影响钝化效果;过厚,无法实现载流子的遂穿,基于此,进一步的改进在于:隧穿氧化层的厚度为1-2nm。
退火晶化时,第二非晶硅层中的磷原子会扩散进入第一非晶硅层;如第一非晶硅层过厚,回形成部分盲区,此区域磷原子难以扩散进入;如第一非晶硅层过薄,磷原子会直接进入遂穿氧化层中,降低遂穿氧化层的钝化效果,基于此,进一步的改进在于:第一非晶硅层的厚度为10-20nm。
生成第一非晶硅层的具体条件为:沉积气体为SiH4,流量为2000-4000sccm。
第二非晶硅层过厚,会增加非晶硅的寄生吸收,降低太阳能电池的电流密度,过薄,限制烧结过程中烧结工艺窗口,烧结过程中容易出现烧穿现象,基于此,进一步的改进在于:第二非晶硅层的厚度为120nm。
生成第二非晶硅层的具体条件为:沉积气体为SiH4,流量为3000sccm;掺杂磷原子的沉积气体为PH3,流量为800sccm;掺杂碳原子的沉积气体为CH4,流量为2000-6000sccm。
具体实施方式
实施例一:本发明公开一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,包括以下步骤:
S1、将N型硅片垂直插入石墨舟内,然后将石墨舟放入炉管内;
S2、炉管内加热至410-430℃后,保温3-4min;本实施例中加热至420℃,保温3min;
加热温度的设置,可避免加热温度过高,遂穿氧及非晶硅沉积速度较快,造成遂穿氧化层非晶硅层不致密,成膜质量较差,钝化效果较差;避免加热温度过低,反应速度过慢,会增加工艺时间,增加生成成本;
保温时间的设置,可避免保温时间过长,增加工艺时间,增加生成成本;避免保温时间过短,石英管内温度分布不均匀性,容易出现不同温区之间温度差异较大;
S3、炉管内抽真空;
S4、在硅片背面沉积遂穿氧化层,厚度为1-2nm,本实施例中厚度为1.3nm;如此设置,避免隧穿氧化层的过薄,影响钝化效果;避免厚度过厚,无法实现载流子的遂穿;
S5、在隧穿氧化层上沉积第一非晶硅层,厚度为10-20nm;本实施例汇总厚度为10nm,沉积气体为SiH4,流量为3000sccm;第一非晶硅层的厚度设置,其理由为:退火晶化时,第二非晶硅层中的磷原子会扩散入第一非晶硅层;如第一非晶硅层过厚,回形成部分盲区,此区域磷原子难以扩散进入;如第一非晶硅层过薄,磷原子会直接进入遂穿氧化层中,降低遂穿氧化层的钝化效果;
S6、在第一非晶硅层上沉积掺杂磷原子和碳原子的第二非晶硅层,厚度为110-130nm;本实施例中厚度为120nm;生成第二非晶硅层的沉积气体为SiH4,流量为3000sccm;掺杂磷原子的沉积气体为PH3,流量为800sccm;掺杂碳原子沉积气体为CH4,流量为3000sccm;SiH4、PH3和CH4同时输入至炉管内,掺杂磷原子和碳原子的结深均为120nm;
第二非晶硅层的厚度设置,其理由为:第二非晶硅层过厚,会增加非晶硅的寄生吸收,降低太阳能电池的电流密度,过薄,限制的烧结过程中烧结工艺窗口,烧结过程中容易出现烧穿现象;
S7、炉管内充入氮气,直至炉管内的压力与大气压相等,然后从炉管内取出石墨舟,完成遂穿氧化层和原位掺杂碳原子磷原子的非晶硅薄膜的制备。
本发明通过在沉积非晶硅薄膜的同时掺杂入碳原子,薄膜中的氢原子与碳原子形成碳氢键,在退火时碳氢键不易断裂,从而避免了短时间有大量的氢气释放导致爆膜的发生;同时碳原子还降低了非晶硅薄膜的晶化率,从而减少非晶硅薄膜内应力的积累,可以有效的抑制爆膜。
第一非晶硅层对隧穿氧化层起到保护作用,避免退火晶化时,磷原子和碳原子进入隧穿氧化层,破坏遂穿氧化层的钝化效果。
实施例二:与实施例一相比,区别之处为:S6、CH4的流量为4500sccm。
实施例三:与实施例一相比,区别之处为:S6、CH4的流量为6000sccm。
对比例一:与实施例一相比,区别之处为:S6、在第一非晶硅层上沉积掺杂磷原子的第二非晶硅层,厚度为120nm;生成第二非晶硅层的沉积气体为SiH4,流量为3000sccm;掺杂磷原子的沉积气体为PH3,流量为800sccm。
通过实施例一、实施例二、实施例三和对比例一制成的太阳能电池数据如下:
ITEM Voc(mV) Jsc(mA/ cm2) FF(%) EFF(%)
实例例一 723.6 41.56 84.00 25.26
实施例二 725.2 41.59 83.97 25.32
实施例三 724.8 4157 83.91 25.28
对比例一 720.7 41.54 84.02 25.15
注:Voc表示开路电压,Jsc表示电流密度,FF表示填充因子,EFF表示转换效率。
从上表可以看出,采用本发明的沉积方法制备的TOPCon电池效率更高,有着更优的电性能表现。
本发明通过在制备非晶硅的同时原位掺杂碳元素减少爆膜,增加遂穿氧与掺磷多晶硅的钝化效果,从实验结果可以看到,随着非晶硅沉积过程中CH4流量的增加,原位掺杂碳元素的含量增加,Voc和Jsc增大后减小,主要是因为随着掺杂碳元素的增加可以减少爆膜,增加钝化效果,但是随着掺杂碳元素的逐渐增加,碳元素抑制非晶硅的晶化率,降低了钝化效果,随着非晶硅沉积过程中CH4流量的增加,FF表现为逐渐下降,是因为随着掺杂碳元素的增加,碳元素抑制了非晶硅的晶化,降低了磷元素的激活,降低了非晶硅中磷掺杂的浓度,增加了串阻导致FF降低,从实验结果看,采用PECVD沉积第二非晶硅层的过程中,通入SiH4和CH4的气体流量比例为1:1.5时,取得最佳的电性能效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将N型硅片垂直插入石墨舟内,然后放入炉管;
S2、炉管内加热并保温;
S3、炉管内抽真空;
S4、在硅片背面沉积遂穿氧化层;
S5、在隧穿氧化层上沉积第一非晶硅层;
S6、在第一非晶硅层上沉积掺杂磷原子和碳原子的第二非晶硅层;
S7、炉管内充入氮气,直至炉管内的压力与大气压相等,然后从炉管内取出石墨舟,完成遂穿氧化层和原位掺杂碳原子磷原子的非晶硅薄膜的制备。
2.根据权利要求1所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:S2中加热温度为410-430℃。
3.根据权利要求2所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:保温时间为3min。
4.根据权利要求1所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:隧穿氧化层的厚度为1-2nm。
5.根据权利要求1所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:第一非晶硅层的厚度为10-20nm。
6.根据权利要求5所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:生成第一非晶硅层的沉积气体为SiH4,流量为2000-4000sccm。
7.根据权利要求5所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:第二非晶硅层的厚度为110-130nm。
8.根据权利要求7所述的一种防止爆膜的PECVD沉积非晶硅的方法,其特征在于:生成第二非晶硅层的沉积气体为SiH4,流量为2000-4000sccm;掺杂磷原子的沉积气体为PH3,流量为600-1000sccm;掺杂碳原子沉积气体为CH4,流量为2000-6000sccm。
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