CN117410388B - 用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，包括在至少三个不同的反应温度条件下，依次向原子层沉积反应仓内循环脉冲通入铝源以及氧源，从而在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构的步骤，还包括对制备得到的叠层钝化结构进行退火处理，从而使得钝化层之间发生程度不同的晶界重组的步骤，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。本发明通过针对性的调节原子气相沉积过程中的沉积温度，从而获得了至少三层具有晶界分布不同的钝化层，然后在热退火的条件下使得所获得的叠层钝化结构具有更高的粗糙度以及更低的反射率，有利于晶硅电池的效率的进一步提升。

Description

用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法。
背景技术
晶硅电池，也称为单晶硅太阳能电池，是一种利用单晶硅制造的太阳能电池。单晶硅太阳能电池的主要特点是高转换效率和稳定性。该类型的太阳能电池通常用于商业和工业应用，由于其高性能和长期稳定性，因此被广泛采用。
晶硅电池的钝化层是指在晶硅太阳能电池的表面上形成的一层氧化层。这层氧化层能够降低表面的电子复合速率，从而减少了电荷载流子的反向流失，提高了电池的性能和效率。钝化膜的形成通常是通过对晶硅表面进行氧化处理，生成一层二氧化硅薄膜，或者直接在晶硅表面沉积一层氧化铝薄膜。钝化膜对于晶硅太阳能电池的性能至关重要，它有助于减少电荷载流子的反向流失，提高电池的光电转换效率。这种氧化层还可以提高晶硅电池的抗反射性能，增加光的吸收率。
研究人员发现，钝化膜的反射性能对于晶硅电池的效果影响非常显著。低反射性的钝化膜可以减少光线的反射，使更多的光线能够穿透并被晶硅吸收，从而提高电池的光电转换效率。这意味着更多的太阳能可以被转化为电能，从而增加了晶硅电池的能量产出。通过减少光线的反射，低反射性的钝化膜也有助于提高晶硅电池的外观质量，使其看起来更加清晰明亮。
为了尽可能钝化膜的反射率对于晶硅电池的影响，现有技术中通常会通过例如纳米级别的表面结构设计、抗反射涂层的加入等手段实现。
例如申请号为CN 202311184961 .8的专利公开了一种太阳能电池抗反射叠层结构及其制备方法、应用，所述制备方法包括（1）将沉积有氧化铝钝化膜层的硅衬底置于PECVD设备的反应腔体内，通入笑气，抽真空预热，进行一次等离子体处理；（2）通入硅烷和氨气，在氧化铝钝化膜层表面沉积氮化硅层；（3）通入笑气，进行二次等离子体处理；（4）通入硅烷、氨气和笑气，在氮化硅层表面沉积氮氧化硅层；（5）通入硅烷和笑气，在氮氧化硅层表面沉积氧化硅层。该发明的太阳能电池抗反射叠层结构膜层不仅在光学上提升太阳能电池的光生电流，还能从钝化角度提升太阳能电池的钝化水平。然而此类方式通常实现步骤较为复杂，降低了晶硅电池的生产效率。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的用于晶硅电池的钝化层具有较高的反射率，导致晶硅电池效率难以进一步提升的缺陷，提供了用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法以克服上述不足之处。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明首先提供了一种用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对原子层沉积反应仓内部进行抽真空以及升温处理；
步骤（S.2）：在至少三个不同的反应温度条件下，依次向原子层沉积反应仓内循环脉冲通入铝源以及氧源，并在铝源以及氧源的通入间隙使用吹扫气进行吹扫，从而在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构；
步骤（S.3）：对制备得到的叠层钝化结构进行退火处理，从而使得钝化层之间发生程度不同的晶界重组，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。
本申请中发明人在日常的研究中发现，在原子层沉积（ALD）的过程中，沉积温度对于沉积得到的薄膜的晶体大小以及晶界分布具有显著的影响。当沉积温度较高时，较高的沉积温度有利于促进氧化铝薄膜的结晶生长，因此会导致更大的结晶粒度，这可能会导致薄膜的表面更加光滑。而晶界是相邻晶粒之间的边界，因此较高的沉积温度还会导致晶界密度降低。
与之相反地，低温下的沉积可能会限制晶体生长，导致薄膜中较小的结晶粒度。这可能导致薄膜表面相对更为粗糙，但有助于增加晶界的密度。
此外，本申请发明还发现，随着钝化层表面粗糙度的提升，则会导致其反射率的进一步下降，并且使得晶硅电池效率的进一步提升。对此，发明人进行了深入的探究，研究结果显示出现该种现象的原因在于：当钝化层表面较为平整时，光线会更容易发生反射，导致较高的反射率。而当钝化层表面有一定程度的粗糙度时，光线进入后会发生多次的反射和折射，从而减少了反射率。这种多次的反射和折射会使光线更容易被吸收，提高了光的利用率，降低了反射率。
然而，针对反应温度，发明人经过实验后发现，受制于原子层沉积（ALD）的原理限制，单纯的降低反应温度对于粗糙度的提升并不明显，因此难以作为用于提升晶硅电池的手段。
本申请发明人针对上述存在的技术问题进行了深入的研究后意外发现：当不同沉积温度下获得的氧化铝钝化层其在沉积结束后，进行一定的退火，能够促进氧化铝薄膜中结晶分子以及未参与结晶分子的重组排列，从而使得氧化铝晶体的尺寸以及晶界分布发生改变。对于单层的氧化铝薄膜而言，由于这种分子间的重组以及晶体的尺寸、晶界分布发生改变是对称且均一的，因此单层氧化铝膜在退货之后其表面的粗糙度则会有显著的下降。然而对于具有多层或者叠层结构的氧化铝薄膜而言，由于不同层氧化铝薄膜之间的分子重排能力以及晶体的尺寸、晶界分布存在显著的不同，因此钝化层之间在退火过程中则会发生程度不同的晶界重组，因而这一晶界重排过程是非对称且不均一。
而正是由于如上所述的氧化铝钝化层之间的非对称晶界重排，放大了在退火过程中叠层钝化结构的所出现的形貌变化结果。使得最终得到的叠层钝化结构表面的粗糙度能够大幅提升，进而减少了对于光线的反射性。这种优化的晶界结构有助于进一步降低电子在晶界处的散射和阻碍，从而提高电子的传输效率。这也有助于降低电池的电子复合率，提高电池的效率。
同时，本申请通过在半导体衬底表面形成至少三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠的叠层结构，可以形成一种复合的光学界面，有效减少光在表面的反射。这有助于增加光的吸收率，提高晶硅电池的光电转换效率。使得更多的光被吸收，而不是反射，将有助于提高电池的效率。
本申请中通过控制氧化铝的沉积温度，从而能够精准获得具有多层晶界分布不同的钝化层，从而能够在退火的过程中通过各个钝化层之间的晶界重组，从而提升了叠层钝化结构的粗糙度，进而降低了其反射率，为晶硅电池效率的提升打下了良好的基础。相较于现有技术而言，本申请中的步骤简单，能够在不增加额外步骤以及不损耗生产效率的前提下，实现晶硅电池效率的提升。
作为优选，所述步骤（S.1）中所述原子层沉积反应仓内的气压为0.05-0.5Torr。
作为优选，所述步骤（S.1）中还包括将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，从而对基底进行预水处理。
作为优选，所述步骤（S.2）中用于形成钝化层的反应温度为150-300℃。
作为优选，所述步骤（S.2）中用于形成相邻两层钝化层的反应温度差值大于等于10℃。
本申请中通过控制反应温度差值，可以调控不同层次钝化层的晶界形貌。温度差值的增加导致晶界结构的变化，这有助于形成不同形貌和分布的晶界，为光学和电子传输性能的优化提供更多可能性。并且，通过调控反应温度差值，可能在叠层结构内形成不同的光学界面，从而进一步降低光的反射。这有助于提高光的吸收率，增加光能转化效率。
经过发明人的实际测试后发现，当在用于形成相邻两层钝化层的反应温度差值大于等于10℃的条件下，相邻两层的晶界分布情况才会发生显著的不同，从而有利于放大后续退火处理所带来的晶界重组对于表面形貌的影响。
作为优选，所述步骤（S.2）中用于形成相邻两层钝化层的反应温度差值为10-50℃。
作为优选，所述步骤（S.2）中铝源流量为10-50 sccm，脉冲时间为3-7s。
作为优选，所述步骤（S.2）中氧源流量为10-50 sccm，脉冲时间为3-7s。
作为优选，所述步骤（S.2）中吹扫气的流量为100-1000sccm，吹扫时间为3-15s。
作为优选，所述铝源为三甲基铝；
所述氧源为水、氧气、臭氧以及过氧化氢中的任意一种。
作为优选，所述步骤（S.3）中退火处理温度为350-400℃，退火时间为1-3h。
退火处理可以促使晶界的重组和结构优化。在350-400℃的温度下进行退火处理，有助于晶界的重组，改善晶界结构，减少晶界对电子传输的阻碍，从而提高电子的传输效率。
第二方面，本发明还提供了如上所述方法在制备晶硅电池中的应用。
因此，本发明具有以下有益效果：
本发明通过针对性的调节原子气相沉积过程中的沉积温度，从而获得了至少三层具有晶界分布不同的钝化层，从而在热退火的条件下，使得不同钝化层之间发生程度不同的晶界重组，最终使得所获得的叠层钝化结构具有更高的粗糙度以及更低的反射率，从而有利于晶硅电池的效率的进一步提升。
附图说明
图1 为本发明中低反射率叠层钝化结构的制备流程图。
图2 为本发明实施例1中制备得到的低反射率叠层钝化结构的结构示意图。
图3 为本发明实施例6中制备得到的低反射率叠层钝化结构的结构示意图。
图4为实施例1~6以及对比例1~4中制备得到的钝化结构的沉积均匀性测试以及透光率测试结果。
图5为包含实施例1~6及对比例1~4制得的钝化结构的太阳能电池的性能检测结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至150℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在三个不同的反应温度条件下，在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构。
其具体步骤如下：
步骤（S.2.1）：在150℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.2）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.3）：在150℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.4）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）进行循环重复20次，得到第一钝化层。
步骤（S.2.5）：在200℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.6）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.7）：在200℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.8）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）进行循环重复20次，得到第二钝化层。
步骤（S.2.9）：在160℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.10）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.11）：在160℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.12）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）进行循环重复20次，得到第三钝化层。
第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层依次堆叠，得到叠层钝化结构。
步骤（S.3）：在0.05Torr的真空度条件下，对制备得到的叠层钝化结构在350℃条件下，退火3h，从而使得第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层之间发生程度不同的晶界重组，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。
如图2所示，本实施例中制备得到的低反射率叠层钝化结构包括依次设置在半导体衬底1上的第一钝化层2，第二钝化层3以及第三钝化层4。
实施例2
如图1所示，本实施例提供了一种用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至150℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在三个不同的反应温度条件下，在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构。
其具体步骤如下：
步骤（S.2.1）：在180℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为10 sccm，通入时间为7s；
步骤（S.2.2）：向原子层沉积反应仓中通入100sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为15s；
步骤（S.2.3）：在180℃反应温度下，向原子层沉积室中通入10 sccm的水蒸气，通入时间为7s；
步骤（S.2.4）：向原子层沉积反应仓中通入100sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为15s；
将步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）进行循环重复20次，得到第一钝化层。
步骤（S.2.5）：在220℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为10 sccm，通入时间为7s；
步骤（S.2.6）：向原子层沉积反应仓中通入100sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为15s；
步骤（S.2.7）：在220℃反应温度下，向原子层沉积室中通入10 sccm的水蒸气，通入时间为7s；
步骤（S.2.8）：向原子层沉积反应仓中通入100 sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为15s；
将步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）进行循环重复20次，得到第二钝化层。
步骤（S.2.9）：在200℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为10sccm，通入时间为7s；
步骤（S.2.10）：向原子层沉积反应仓中通入100 sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为15s；
步骤（S.2.11）：在200℃反应温度下，向原子层沉积室中通入10 sccm的水蒸气，通入时间为7s；
步骤（S.2.12）：向原子层沉积反应仓中通入100sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为15s；
将步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）进行循环重复20次，得到第三钝化层。
第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层依次堆叠，得到叠层钝化结构。
步骤（S.3）：在30 mTorr 以下的真空度条件下，对制备得到的叠层钝化结构在380℃条件下，退火2h，从而使得第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层之间发生程度不同的晶界重组，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。
实施例3
本实施例提供了一种用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至150℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在三个不同的反应温度条件下，在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构。
其具体步骤如下：
步骤（S.2.1）：在220℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为50 sccm，通入时间为3s；
步骤（S.2.2）：向原子层沉积反应仓中通入1000 sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为3s；
步骤（S.2.3）：在220℃反应温度下，向原子层沉积室中通入50 sccm的水蒸气，通入时间为3s；
步骤（S.2.4）：向原子层沉积反应仓中通入1000sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为3s；
将步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）进行循环重复20次，得到第一钝化层。
步骤（S.2.5）：在180℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为50 sccm，通入时间为3s；
步骤（S.2.6）：向原子层沉积反应仓中通入1000sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为3-15s；
步骤（S.2.7）：在180℃反应温度下，向原子层沉积室中通入50 sccm的水蒸气，通入时间为3s；
步骤（S.2.8）：向原子层沉积反应仓中通入1000sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为3s；
将步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）进行循环重复20次，得到第二钝化层。
步骤（S.2.9）：在190℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为40 sccm，通入时间为4s；
步骤（S.2.10）：向原子层沉积反应仓中通入500sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.11）：在190℃反应温度下，向原子层沉积室中通入40 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.12）：向原子层沉积反应仓中通入500sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为5s；
将步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）进行循环重复20次，得到第三钝化层。
第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层依次堆叠，得到叠层钝化结构。
步骤（S.3）：在30 mTorr 以下的真空度条件下，对制备得到的叠层钝化结构在380℃条件下，退火2h，从而使得第一钝化层、第二钝化层以及第三钝化层之间发生程度不同的晶界重组，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。
实施例4
实施例4与实施例1基本步骤相同，区别在于：
步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）中用于形成第一钝化层的反应温度为250℃
步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）中用于形成第二钝化层的反应温度为300℃；
步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）中用于形成第三钝化层的反应温度为260℃；
步骤（S.3）中退火温度为400℃，退火时间为1h。
实施例5
实施例5与实施例1基本步骤相同，区别在于：
步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）中用于形成第一钝化层的反应温度为150℃
步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）中用于形成第二钝化层的反应温度为200℃；
步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）中用于形成第三钝化层的反应温度为250℃；
步骤（S.3）中退火温度为380℃，退火时间为2.5h。
实施例6
如图1所示，本实施例提供了一种用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至150℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在四个不同的反应温度条件下，在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构。
其具体步骤如下：
步骤（S.2.1）：在150℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.2）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.3）：在150℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.4）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）进行循环重复15次，得到第一钝化层。
步骤（S.2.5）：在180℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.6）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.7）：在180℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.8）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）进行循环重复15次，得到第二钝化层。
步骤（S.2.9）：在230℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.10）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.11）：在230℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.12）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）进行循环重复15次，得到第三钝化层。
步骤（S.2.12）：在190℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.13）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.14）：在190℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.15）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.12）-步骤（S.2.15）进行循环重复15次，得到第四钝化层。
第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层以及第四钝化层依次堆叠，得到叠层钝化结构。
步骤（S.3）：在0.05Torr的真空度条件下，对制备得到的叠层钝化结构在350℃条件下，退火3h，从而使得第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层以及第四钝化层之间发生程度不同的晶界重组，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。
如图3所示，本实施例中制备得到的低反射率叠层钝化结构包括依次设置在半导体衬底1上的第一钝化层2，第二钝化层3、第三钝化层4以及第四钝化层5。
对比例1
本对比例提供了一种用于晶硅电池的钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至200℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在200℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部,三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.3）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.4）：在200℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.5）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2）-步骤（S.5）进行循环重复60次，得到钝化结构。
步骤（S.3）：在0.05Torr的真空度条件下，对制备得到的钝化结构在350℃条件下，退火3h。
对比例2
本对比例提供了一种用于晶硅电池的钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至150℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在150℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部,三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.3）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.4）：在150℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.5）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2）-步骤（S.5）进行循环重复60次，得到钝化结构。
步骤（S.3）：在0.05Torr的真空度条件下，对制备得到的钝化结构在350℃条件下，退火3h。
对比例3
本对比例提供了一种用于晶硅电池的叠层钝化结构的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对反应仓进行抽真空至 30 mTorr 以下，同时升温至150℃，并维持系统温度稳定，对半导体衬底进行预水处理。
预水处理步骤具体如下：将水蒸气随1000sccm的高纯载气（N2）脉冲进入反应仓内，通入时间为4s，从而将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，水蒸气通入结束后立即用N2吹扫，N2吹扫流量为20L/min，吹扫时间为10s，从而完成对基底的预水处理工序。
步骤（S.2）：在至少三个不同的反应温度条件下，在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构。
其具体步骤如下：
步骤（S.2.1）：在150℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.2）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.3）：在150℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.4）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）进行循环重复30次，得到第一钝化层。
步骤（S.2.5）：在200℃反应温度下，将三甲基铝（TMA）通入原子层沉积反应仓内部, 三甲基铝通入流量为30 sccm，通入时间为5s；
步骤（S.2.6）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
步骤（S.2.7）：在200℃反应温度下，向原子层沉积室中通入30 sccm的水蒸气，通入时间为5s；
步骤（S.2.8）：向原子层沉积反应仓中通入800sccm的N2作为吹扫气进行吹扫，吹扫时间为10s；
将步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）进行循环重复30次，得到第二钝化层。
第一钝化层以及第二钝化层依次堆叠，得到叠层钝化结构。
步骤（S.3）：在0.05Torr的真空度条件下，对制备得到的叠层钝化结构在350℃条件下，退火3h，从而使得第一钝化层以及第二钝化层之间发生晶界重组，从而得到所述叠层钝化结构。
对比例4
对比例4与实施例1基本步骤相同，区别在于：
步骤（S.2.1）-步骤（S.2.4）中用于形成第一钝化层的反应温度为180℃
步骤（S.2.5）-步骤（S.2.8）中用于形成第二钝化层的反应温度为185℃；
步骤（S.2.9）-步骤（S.2.12）中用于形成第三钝化层的反应温度为190℃；
步骤（S.3）中退火温度为380℃，退火时间为2.5h。
将实施例1~6以及对比例1~4中制备得到的钝化结构进行沉积均匀性测试以及透光率测试。
沉积均匀性测试方法如下：激光椭偏仪直接测量膜厚，测试位置分别为硅片的四角及中心处。
均匀性计算公式如下：
片内均匀性=[(片内膜厚最大值-最小值)/(2*片内膜厚平均值)]*100%。
透光率测试方法如下：使用紫外可见分光光度计（UV-vis）对制备的钝化结构的透过率进行检测，片内均匀性以及透光率的测试结果如图4所示。
从图4中数据中可知，本发明通过针对性的调节原子气相沉积过程中的沉积温度，在至少三种不同的温度条件下而获得了至少三层具有晶界分布不同的钝化层，最后在热退火的条件下，使得不同钝化层之间发生程度不同的晶界重组，最终使得所获得的层钝化结构具有更高的粗糙度（具体表现为片内均匀性的数值更大）以及更低的反射率（更高的透光率），从而有利于晶硅电池的效率的进一步提升。
为了进一步考察本发明中的低反射率叠层钝化结构对于太阳能电池的影响，发明人将采用实施例1~6及对比例1~4制得的钝化结构应用于太阳能电池。太阳能电池的具体制备流程如下：制绒-硼扩（正面硼扩形成p型扩散层）-碱抛（背面去绕扩以及抛光）-LPCVD（背面沉积隧穿氧化层和多晶硅层（poly层））-RCA（正面去绕镀及去除正背面BSG（富硼层）\PSG（富磷层））-ALD（正面钝化结构沉积）-正膜（抗反射膜）-背膜（抗反射膜）-印刷栅线-烧结-光注入；对其性能做检测，检测结果如图5所示。
从图5中数据可知，通过在太阳能电池中引入本申请中所述的低反射率叠层钝化结构，能够使得太阳能电池光电转换效率、填充因子以及开路电压能够得到一定的提升。造成上述差异的主要影响因素为：本申请通过对由不同沉积温度沉积得到的氧化铝钝化层进行退火处理，从而使得不同的氧化铝钝化层之间发生非对称晶界重排，放大了在退火过程中叠层钝化结构的所出现的形貌变化结果，使得最终得到的叠层钝化结构表面的粗糙度能够大幅提升，从而形成一种复合的光学界面，有效减少光在表面的反射。这有助于增加光的吸收率，提高晶硅电池的光电转换效率。此外，这种优化的形貌变化结构还能够在不降低钝化效果的前提下，有助于进一步降低电子在晶界处的散射和阻碍，从而提高电子的传输效率。这也有助于降低电池的电子复合率，提高电池的效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.用于晶硅电池的低反射率叠层钝化结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（S.1）：提供一个半导体衬底，并将该半导体衬底置于原子层沉积反应仓内，随后对原子层沉积反应仓内部进行抽真空以及升温处理；
步骤（S.2）：在至少三个不同的反应温度条件下，依次向原子层沉积反应仓内循环脉冲通入铝源以及氧源，并在铝源以及氧源的通入间隙使用吹扫气进行吹扫，从而在半导体衬底的表面形成至少由三层晶界分布不同的钝化层依次堆叠得到的叠层钝化结构；
所述步骤（S.2）中用于形成钝化层的反应温度为150-300℃，且所述步骤（S.2）中用于形成相邻两层钝化层的反应温度差值为10-50℃；
步骤（S.3）：对制备得到的叠层钝化结构进行退火处理，退火处理温度为350-400℃，退火时间为1-3h，从而使得钝化层之间发生程度不同的晶界重组，从而得到所述低反射率叠层钝化结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤（S.1）中抽真空至所述原子层沉积反应仓内的气压低于30 mTorr。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述步骤（S.1）中还包括将半导体衬底暴露于含有水蒸气的环境中，从而对基底进行预水处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤（S.2）中铝源流量为10-50 sccm，脉冲时间为3-7s；
所述步骤（S.2）中氧源流量为10-50 sccm，脉冲时间为3-7s；
所述步骤（S.2）中吹扫气的流量为100-1000sccm，吹扫时间为3-15s。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，
所述铝源为三甲基铝；
所述氧源为水、氧气、臭氧以及过氧化氢中的任意一种。
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