CN118007062A - 一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，属于及光伏电池关键原件生产技术领域，具体为，步骤1.提供一基底，进行表面处理和清洗；步骤2.在特定温度和功率条件下，进行磷掺杂非晶硅薄膜的沉积；步骤3.通过精确控制磷掺杂浓度，实现对折射率和电导率的调控；步骤4.对制备的非晶硅薄膜进行后处理，优化其光电性能。本发明涉及到的方法通过精确控制磷掺杂浓度，实现对非晶硅薄膜折射率和电导率的调控，优化了光电性能，简化了制备流程，提高了制备方法的可操作性和重复性，对非晶硅形貌影响小，保持了非晶硅薄膜的粗糙度在可接受范围内。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池关键原件生产技术领域，确切地说涉及一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法。
背景技术
目前，光伏行业的P型、N型电池技术同时并存，展现出不同的特点和优势。2021年以来，N型电池发展迅猛，借其高转换效率登上舞台，开始了电池技术迭代的变革，逐渐为人们所熟知并接受。
TOPCon(TunnelOxidePassivatedContact)——氧化层钝化接触。正面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触。电池背面由一层超薄氧化硅(1～2nm)与本征的多晶非晶混合硅薄膜或掺杂的非晶硅薄膜，二者共同形成钝化接触结构。本征多晶硅通过磷扩和高温推进激活，掺杂非晶硅通过退火激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。在850℃的退火温度下退火，iVoc>710mV,J0在9-13fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。
该结构可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜-非晶硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲，从而形成场钝化效果，电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池转化效率。
非晶硅(amorphoussiliconα-Si)又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。
非晶硅的化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等)在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜，氢饱和在其中补偿悬挂键，并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7～1.8eV，而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业应用，主要用于提炼纯硅，制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。
非晶硅薄膜由于其优异的光电性能，在光伏、光电器件等领域具有广泛的应用。折射率作为评价非晶硅薄膜结构致密性的重要参数，对器件性能具有显著影响。此外，非晶硅薄膜的暗电导率也直接影响其光电性能。因此，如何通过调控掺杂浓度，优化非晶硅薄膜的折射率和电导率，是当前领域内的技术难点。
发明内容
本发明目的在于针对上述问题，提供一种通过精确控制磷掺杂量来调节非晶硅薄膜折射率和电导率的方法。该方法基于磷掺杂量对折射率的影响机理，即低浓度磷掺杂可以增加薄膜致密性，提高折射率，通过精确控制磷掺杂浓度，实现对非晶硅薄膜折射率和电导率的调控，优化了光电性能；简化了制备流程，提高了制备方法的可操作性和重复性；对非晶硅形貌影响小，保持了非晶硅薄膜的粗糙度在可接受范围内；进一步地提高TOPCon电池的性能。
本发明提供的这样一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，步骤包括：
步骤1.提供一基底，进行表面处理和清洗；
步骤2.在特定温度和功率条件下，进行磷掺杂非晶硅薄膜的沉积；
步骤3.通过精确控制磷掺杂浓度，实现对折射率和电导率的调控；
步骤4.对制备的非晶硅薄膜进行后处理，优化其光电性能。
进一步地在本发明的某些实施例中上述基底选择：首先，需要选择一个合适的基底，这个基底是硅片；然后，对基底进行清洗和表面处理，以确保其表面的洁净度和活性，保证薄膜的质量。
进一步的在本发明的某些实施例中上述薄膜的沉积：在准备好的基底上，采用特定的沉积技术，如化学气相沉积、物理气相沉积等，进行非晶硅薄膜的沉积；在这个过程中，通常需要在一定的温度和功率条件下进行，以保证薄膜的结构和性能。
进一步的在本发明的某些实施例中上述磷掺杂：在薄膜沉积的过程中，引入磷元素进行掺杂；磷元素的掺杂浓度可以通过精确控制沉积条件来调节，通过精确控制磷的掺杂浓度，可以有效地调控非晶硅薄膜的折射率和电导率。
进一步的在本发明的某些实施例中上述后处理：在磷掺杂完成后，对制备的非晶硅薄膜进行后处理，上述后处理包括：退火处理、氧化处理、钝化处理。
进一步地在本发明的某些实施例中上述退火处理包括：在特定的温度和气氛下对薄膜进行退火处理，可以提高其结晶度和稳定性。退火温度为200-900°，时间10-120分钟。这一步骤可以消除薄膜内部的残余应力，并改善其电学和光学性能。
进一步地在本发明的某些实施例中上述氧化处理包括：通过氧化处理在非晶硅薄膜表面形成一层氧化层。常用的氧化剂包括臭氧、氧气等，处理条件需要根据薄膜材料和应用需求进行优化。
进一步地在本发明的某些实施例中上述钝化处理包括：在薄膜表面形成一层保护膜，以增强其耐腐蚀性和稳定性。常用的钝化剂包括氮气、氩气等，处理条件需要根据具体的薄膜材料和应用需求进行选择。
本发明的有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明涉及到的方法通过精确控制磷掺杂浓度，实现对非晶硅薄膜折射率和电导率的调控，优化了光电性能。
本发明涉及到的方法简化了制备流程，提高了制备方法的可操作性和重复性。
本发明涉及到的方法对非晶硅形貌影响小，保持了非晶硅薄膜的粗糙度在可接受范围内。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，其中：
图1是本发明涉及到通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法的步骤图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
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。下面通过具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案。
实施例1
作为本发明一种具体的实施方案，本实施例提供了一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其步骤包括：
步骤1.提供一基底，进行表面处理和清洗；
步骤2.在特定温度和功率条件下，进行磷掺杂非晶硅薄膜的沉积；
步骤3.通过精确控制磷掺杂浓度，实现对折射率和电导率的调控；
步骤4.对制备的非晶硅薄膜进行后处理，优化其光电性能。
在本实施例中上述基底选择：首先，需要选择一个合适的基底，这个基底可以是玻璃、塑料、金属等材料；然后，对基底进行清洗和表面处理，以确保其表面的洁净度和活性，保证薄膜的质量。
在本实施例中上述薄膜的沉积：在准备好的基底上，采用特定的沉积技术，如化学气相沉积、物理气相沉积等，进行非晶硅薄膜的沉积；在这个过程中，通常需要在一定的温度和功率条件下进行，以保证薄膜的结构和性能。
在本实施例中上述磷掺杂：在薄膜沉积的过程中，引入磷元素进行掺杂；磷元素的掺杂浓度可以通过精确控制沉积条件来调节，通过精确控制磷的掺杂浓度，可以有效地调控非晶硅薄膜的折射率和电导率。
在本实施例中上述后处理：在磷掺杂完成后，对制备的非晶硅薄膜进行后处理，上述后处理包括：退火处理、氧化处理、钝化处理。
在本实施例中上述退火处理包括：在特定的温度和气氛下对薄膜进行退火处理，可以提高其结晶度和稳定性。退火温度为200-900°，时间10-120分钟。这一步骤可以消除薄膜内部的残余应力，并改善其电学和光学性能。
在本实施例中上述氧化处理包括：通过氧化处理在非晶硅薄膜表面形成一层氧化层。常用的氧化剂包括臭氧、氧气等，处理条件需要根据薄膜材料和应用需求进行优化。
在本实施例中上述钝化处理包括：在薄膜表面形成一层保护膜，以增强其耐腐蚀性和稳定性。常用的钝化剂包括氮气、氩气等，处理条件需要根据具体的薄膜材料和应用需求进行选择。
实施例2
作为本发明一种优选的实施方案，本实施例提供了一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其详细步骤包括：
基底选择与处理：
材料选择：基底选择硅片。选择基底时需要考虑与非晶硅薄膜的黏附性、热稳定性以及电学性能匹配。
处理步骤：基底首先要经过清洗剂的处理，以去除表面的有机物和其他杂质。接着，可能会进行等离子清洗或UV臭氧处理，进一步增加表面的活性，确保薄膜与基底的黏附性。
磷掺杂控制：
掺杂浓度是关键参数。低浓度磷掺杂时，P原子会填充薄膜的微孔洞，增加致密性，高浓度掺杂时，过量的P原子会阻碍反应活性基团的迁移，导致薄膜内部产生缺陷，降低致密度和折射率。
为了精确控制磷的掺杂浓度，需要使用精确的流量控制系统，确保磷烷气体与其他反应气体的比例恒定。
薄膜后处理：
退火：在特定温度和气氛下对薄膜进行退火处理，可以提高其结晶度和稳定性。
氧化处理：在某些应用中，可能需要在非晶硅薄膜表面形成一层氧化层，这可以通过氧化处理实现。
薄膜性能表征：
制备完成后，需要对非晶硅薄膜的性能进行详细的表征，包括折射率、电导率、形貌、粗糙度等。这些数据可以为后续的工艺优化提供关键反馈。
在本实施例中上述后处理：在磷掺杂完成后，对制备的非晶硅薄膜进行后处理，上述后处理包括：退火处理、氧化处理、钝化处理。
在本实施例中上述退火处理包括：在特定的温度和气氛下对薄膜进行退火处理，可以提高其结晶度和稳定性，其退火温度为850°，时间90分钟。这一步骤可以消除薄膜内部的残余应力，并改善其电学和光学性能。
以上所述为本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的前提下，本领域的普通技术人员可以对本发明进行各种等效替换和改进，这些替换和改进都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：步骤包括：
步骤1.提供一基底，进行表面处理和清洗；
步骤2.在特定温度和功率条件下，进行磷掺杂非晶硅薄膜的沉积；
步骤3.通过精确控制磷掺杂浓度，实现对折射率和电导率的调控；
步骤4.对制备的非晶硅薄膜进行后处理，优化其光电性能。
2.根据权利要求1所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述基底选择：首先，需要选择一个合适的基底，这个基底是硅片；然后，对基底进行清洗和表面处理。
3.根据权利要求1所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述薄膜的沉积：在准备好的基底上，采用特定的沉积技术，如化学气相沉积、物理气相沉积等，进行非晶硅薄膜的沉积。
4.根据权利要求1所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述磷掺杂：在薄膜沉积的过程中，引入磷元素进行掺杂；磷元素的掺杂浓度可以通过精确控制沉积条件来调节。
5.根据权利要求1所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述后处理：在磷掺杂完成后，对制备的非晶硅薄膜进行后处理，上述后处理包括：退火处理、氧化处理、钝化处理。
6.根据权利要求5所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述退火处理包括：在特定的温度和气氛下对薄膜进行退火处理。
7.根据权利要求5所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述氧化处理包括：通过氧化处理在非晶硅薄膜表面形成一层氧化层。
8.根据权利要求5所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述钝化处理包括：在薄膜表面形成一层保护膜。
9.根据权利要求5所述一种通过磷掺杂调控非晶硅薄膜折射率及电导率的方法，其特征在于：所述激光重整包括：通过激光照射来改变薄膜的表面形态和结构。
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