DE112021003911T5 - Ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und Dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Rückätzen, Reinigen und Vorheizen des Siliziumwafers auf einem Träger; Die Einleitung von SiH4und N2O oder O2als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung und dann Abscheidung von Siliziumoxidfilmen durch Reaktion von SiH4und N2O; Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen; Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma; Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei die Phosphorkonzentration jeder Schicht des dotierten amorphen Siliziums von der Innenschicht bis zur Außenschicht allmählich verringert wird, bis die endgültige gewünschte Dicke des amorphen Siliziumfilms vollendet ist. Auf diese Weise wird die gewünschte Dotierungskonzentration erreicht, während eine übermäßige Dotierung der Siliziumbasis vermieden wird, die durch das Eindringen von Phosphor- oder Boratomen durch die Oxidschicht verursacht wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumoxid und Phosphordotierten amorphen Siliziumfilms, der in der TOPCon-Batterie verwendet wird, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines hochqualitativen Siliziumoxid und dotierten amorphen Siliziumfilms in der TOPCon-Batterie basierend auf PECVD-Technologie.
  • Hintergrund
  • Im Vergleich zu herkömmlichen N-Typ PERT- und PERL-Batterie besteht der größte Vorteil des Zellaufbaus mit Passivierungskontakt darin, dass die SiOx/Poly-Si-Struktur auf der Rückseite den direkten Kontakt zwischen dem Metall und der Siliziumbasis vermeidet, und somit effektiv reduziert die Rekombination unter der Metallrate, die die Leerlaufspannung der Batterie erhöht; Gleichzeitig hat die SiOx/Poly-Si-Struktur selbst eine gute Passivierungswirkung, die den Metallpassivierungsbereich reduziert und gleichzeitig die Rekombination von Ladungsträgern im Passivierungsbereich reduziert, wodurch zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen werden. Bei der Herstellung hochwertiger Siliziumoxid und dotierter amorpher Siliziumfilmen in TOPCon-Zellen auf Basis der PECVD-Technologie sind derzeit zwei dringende Probleme zu lösen:
    • Zuallererst hat der Prozess der Herstellung der TOPCon-Batterie die folgenden Schwierigkeiten:
      1. 1. Tunneloxid Die Wachstumsqualität von SiOx ist sehr wichtig für die Passivierung von freien Bindungen an der Siliziumgrenzfläche, und gleichzeitig stellt hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Dicke der Tunneloxidschicht. Normalerweise können Oxidschichten mit einer Dicke von mehr als 2 nm nicht effektiv durch Elektronen getunnelt werden
      2. 2. Polysiliziumwachstum Existierende Polysiliziumwachstumsprozesse umfassen PECVD, LPCVD, PVD usw. und dann wird Polysilizium durch Glühen und Kristallisation erhalten. Die Anforderungen an Polysiliziumprodukte sind jedoch eine hohe Passivierungsqualität, weniger Defekte, eine hohe Kristallisationsrate und eine gute Gleichmäßigkeit. Für die Photovoltaikindustrie, die eine hohe Produktionskapazität benötigt, ist es immer noch schwierig, die Einheitlichkeit und Stabilität von Polysilizium sicherzustellen und gleichzeitig eine große Produktionskapazität sicherzustellen.
      3. 3. Dotiertes amorphes Silizium Die Dotierung von Polysilizium kann durch In-situ-Dotierung während der Abscheidung von Polysilizium oder durch Diffusionsdotierung nach der Abscheidung von amorphem Silizium erreicht werden. Die Polysilizium-Dotierungskonzentration muss jedoch ein bestimmtes Niveau erreichen, um den Feldeffekt und den Metallisierungskontakt sicherzustellen (im Allgemeinen > 2-4E20cm-3), Gleichzeitig muss die Dotierungskonzentration, die die Oxidschicht bis zur Siliziumbasis durchdringt, streng kontrolliert werden, um die Auger-Rekombination auf der Siliziumoberfläche zu reduzieren.
  • Im Allgemeinen sind die aktuellen Prozessanforderungen für die Herstellung von TOPCon-Batterie sehr hoch, und die Kontrolle der Prozessparameter muss sehr streng sein.
  • Zweitens hat die Herstellung der Kontaktpassivierungsstruktur (SiOx/dotiertes Poly) die folgenden Probleme: Der herkömmliche Herstellungsprozess für eine Kontaktpassivierungsstruktur (SiOx/dotiertes Poly) ist ungefähr wie folgt: Thermisches Wachstum von Siliziumoxidschichten (Temperofen), Wachstum von Polysiliziumschichten (LPCVD-Anlage) und Dotierung von Polysilizium (Diffusionsofen). Dieser Prozess erfordert normalerweise drei Geräte, und die Rundumplattierung auf der anderen Seite der Batterie muss mit einer speziellen Reinigungsausrüstung entfernt werden, was sehr komplizierter ist. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Kontaktpassivierungsstruktur basiert auf einer PECVD-Ausrüstung, die eine kurze Prozesszeit erfordert, eine In-situ-Dotierung erreichen kann und keine Rundumplattierung erzeugt. Die herkömmliche technische Lösung ist: Wachstum von Siliziumoxid durch PECVD-Prozess, dann Abscheidung von dotiertem amorphem Silizium und schließlich Ausheilen und Kristallisation. Die Beschränkungen dieses Verfahrens sind:
    1. 1. Die Passivierungsqualität des durch PECVD-Verfahren aufgewachsenen Siliziumoxids ist schlecht, und die Passivierung freier Bindungen auf der Oberfläche des Siliziumwafers ist nicht vollständig, was zu einer Erhöhung der Elektron-Loch-Rekombinationsstromdichte führt.
    2. 2. Die Dotierungskonzentration von amorphem Silizium weist während des gesamten Prozessflusses ein niedriges Fenster auf. Wenn die Dotierungsmenge hoch ist, ist es einfach, die Siliziumoxidschicht zu durchdringen und in dem anschließenden Glüh- und Kristallisationsprozess in die Siliziummatrix einzudringen, was eine Zunahme der Rekombination verursacht. Eine niedrige Dotierungskonzentration führt zu einem hohen Kontaktwiderstand, der dem Export von Elektronen des externen Schaltkreises nicht förderlich ist. Es ist daher schwierig, eine hohe Konzentration an Dotierungsatomen in Polysilizium aufrechtzuerhalten, ohne die Siliziummatrix zu dotieren.
  • Darüber hinaus liegt im Bereich der industriellen Produktion der Grenzwirkungsgrad von kristallinen Siliziumzellen bei etwa 29 % und der aktuelle Weltrekordwirkungsgrad von TOPCon-Batterien bei 24,48 %. Eine Effizienzverbesserung ist sehr schwierig, wenn die Zelleffizienz nahe an der theoretischen Grenze liegt. Nur 0,01 % Effizienzsteigerung ist sehr schwierig geworden, hat aber auch einen guten Industrialisierungswert.
  • Angesichts der Mängel der oben erwähnten existierenden Verfahren zum Herstellen von Siliziumoxid und dotierten amorphen Siliziumfilmen entwickelten die Erfinder Ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und Dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie basierend auf jahrelanger reicher Erfahrung und professionellem Wissen in solchen Materialien, kombiniert mit theoretischer Analyse und Forschung und Innovation. Dieses Herstellungsverfahren verbessert die Wachstumsqualität des mit Siliziumoxid + Phosphor dotierten amorphen Siliziumfilms, wodurch es praktischer wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Prozess zur Herstellung von TOPCon-Batterie auf Basis der PECVD-Beschichtungstechnologie umfasst normalerweise die folgenden Schritte:
    1. 1. Doppelseitige Beflockung
    2. 2. Bor-Diffusion
    3. 3. Rückseitenätzung und Reinigung
    4. 4. Wachstum von Siliziumoxid + phosphordotiertem amorphem Silizium basierend auf dem PECVD-Prozess
    5. 5. Glühkristallisation
    6. 6. Reinigung von Siliziumwafern
    7. 7. Vorder- und Rückseitenbeschichtung
    8. 8. Siebdruck und Sintern
  • Um Siliziumoxid und phosphordotiertes amorphes Silizium mit höherer Passivierungsqualität wachsen zu lassen, besteht der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung darin, ein Herstellungsverfahren für Siliziumoxid und dotierte amorphe Siliziumfilmen in der TOPCon-Batterie bereitzustellen.
  • Der oben genannte technische Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden technischen Lösungen erreicht:
    • Das von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie umfasst die folgenden Arbeitsschritte:
      1. (1) Das Vorheizen des Siliziumwafers auf der Trägerplatte nach dem Rückätzen und Reinigen, wobei die Temperatur nach dem Vorheizen 300-700°C beträgt; Wenn die Vorwärmtemperatur niedriger als 300°C ist, ist die Abscheidungsrate zu langsam; Wenn jedoch die Temperatur zu hoch ist, höher als 700°C, wird die Zersetzung von Silan zu schnell sein, was die Reaktionskontrolle schwierig macht und die Erzeugung von Staubpartikeln auf dem Siliziumwafer; Die Temperatur nach dem Vorheizen beträgt vorzugsweise 400-600°C, stärker bevorzugt 450°C.
      2. (2) Die Einleitung von SiH4 und N2O oder O2 als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung, Bildung von SiOx durch die Reaktion von SiH4 und N2O und Abscheidung von Siliziumoxidschichten;
      3. (3) Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen nach Abscheidung des Siliziumoxidfilms;
      4. (4) Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma;
      5. (5) Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei durch Steuerung des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration jeder Schicht des dotierten amorphen Siliziums von der Innenschicht bis zur Außenschicht allmählich verringert wird, bis die endgültige gewünschte Dicke des amorphen Siliziumfilms vollendet ist. In diesem Schritt kann eine Kombination aus unterschiedlichen Dicken und unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen verwendet werden, wobei die Anzahl der Schichten aus amorphem Silizium auf 3-10 Schichten gesteuert wird. Wenn es weniger als 3 Schichten sind, kann es den Zweck der Gradientendotierung nicht erfüllen, um zu verhindern, dass Phosphoratome in die Siliziumbasis dotiert werden; Wenn jedoch die Anzahl der Schichten mehr als 10 beträgt, wird die Wirkung nicht stark verbessert und die Abscheidungszeit wird verlängert (ein Spülen ist nach dem Abscheiden jeder Schicht erforderlich), wodurch Produktionskapazität verschwendet wird. Die optimale Schichtenzahl beträgt 5 Schichten. Die Gesamtdicke des amorphen Siliziumfilms beträgt 100-200 nm. Eine Dicke unter 100 nm führt dazu, dass die Aufschlämmung durch das Siliziumoxid brennt und die Passivierungskontaktstruktur zerstört. Eine Dicke über 200 nm verursachen eine starke parasitäre Absorption und verringern die Kurzschlussstromdichte der Batterie.
  • Weiterhin werden nach der Abscheidung des intrinsischen amorphen Siliziums in Schritt (5) gleichzeitig Silan und Phosphin eingeführt, um die Abscheidung des in-situ dotierten amorphen Siliziums durchzuführen; Durch Steuerung des Verhältnisses von Silan/Phosphin, wobei die bevorzugte Konzentrationskombination ist, dass die Phosphorkonzentration der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E19cm-3, die dritte Schicht 1E20cm-3, die vierte Schicht 5E20cm-3 beträgt, wird schließlich die gewünschte Dicke des amorphen Siliziums erreicht.
  • Weiterhin wird in Schritt (5), nachdem die Abscheidung des amorphen Siliziumfilms abgeschlossen ist, eine Glühkristallisation durchgeführt, wobei die Glühtemperatur 600-1000°C und die Zeit 10-100 min beträgt. Es ist bevorzugt, 30 Minuten lang bei 950°C zu glühen.
  • Weiterhin beträgt die Dicke des in Schritt (2) abgeschiedenen Siliziumoxidfilms 1-3 nm. Wenn die Dicke der Siliziumoxidschicht weniger als 1 nm beträgt, ist die Kompaktheit der Siliziumwaferoberfläche schlecht und die Oberflächendefekte des Siliziumwafers können nicht gut passiviert werden; Und Dicken von mehr als 3 nm erschweren das Elektronentunneln, was zu einem starken Abfall des FF führt; Darunter beträgt die bevorzugte Dicke des Siliziumoxidfilms 1,5 nm.
  • Weiterhin beträgt in Schritt (2) die Leistung des AC-HF-Netzteils in Schritt (2) 10-1000W.
  • Weiterhin macht der Volumengehalt an Wasserstoff in Schritte (3) 1-50 % des Gesamtvolumens des gemischten Gases aus Wasserstoff und Stickstoff aus; Wenn die Wasserstoffkonzentration weniger als 1 % beträgt, ist die Hydrierungswirkung unzureichend; Wenn die Konzentration höher als 50 % ist, erreicht die Wasserstoffionisationskonzentration die Sättigung, sodass eine fortgesetzte Erhöhung der Wasserstoffvolumenkonzentration nicht nur Abfall verursacht, sondern auch das Risiko des Gerätebetriebs erhöht; Die bevorzugte Wasserstoffvolumenkonzentration beträgt 5 %, was nicht nur die Hydrierungswirkung sicherstellt, sondern auch keine Verschwendung verursacht oder Ausrüstungsrisiken erhöht.
  • Weiterhin beträgt die Dicke des intrinsischen amorphen Siliziums in Schritt (4) 10-50 nm; Wenn die Dicke des intrinsischen amorphen Siliziums weniger als 10 nm beträgt, kann der Zweck des Erreichens einer Gradientenkonzentration nicht erreicht werden; Wenn die Dicke höher als 50 nm ist, ist es schwierig, eine in-situ-Dotierung der unteren Schicht während des Temperns zu erreichen; Darunter beträgt die bevorzugte Dicke von amorphem Silizium 20 nm.
  • Weiterhin werden in Schritt (5) nach der Abscheidung des intrinsischen amorphen Siliziums gleichzeitig Silan und Boran eingeführt, um die Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durchzuführen; Durch Steuern des Verhältnisses von Silan/Boran wird die Borkonzentration jeder Schicht des dotierten amorphen Siliziums von der inneren Schicht bis zur äußeren Schicht allmählich erhöht, bis die Abscheidung die endgültige gewünschte Dicke von amorphem Silizium erreicht.
  • Weiterhin können in Schritt (4) die Abscheidungstemperatur, die Abscheidungsleistung und die Abscheidungsdicke des gewachsenen intrinsischen amorphen Siliziums entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen eingestellt werden.
  • Weiterhin umfasst das in Schritt (5) verwendete Dotierungsverfahren nicht nur Dotierung mit positivem Gradienten (Erhöhung der Konzentration von der Innenschicht zur Außenschicht), sondern auch jedes andere Konzentrationskombinationsverfahren, das verhindern kann, dass die Dotierungsatome in die Siliziumbasis eindringen.
  • Weiterhin wird im Schritt (5) die Abscheidung von mit Aluminium oder Gallium dotiertem amorphem Silizium nach der Abscheidung des intrinsischen amorphen Siliziums durchgeführt.
  • Weiterhin beträgt in Schritt (4) die Abscheidungsdicke des intrinsischen amorphen Siliziumfilms20; in Schritt (5) beträgt die Dicke der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 1E19 cm-3, die Dicke der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 1E20 cm-3, die Dicke der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 5E20 cm-3; die Dicke der fünften Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 1E21 cm- 3;
  • Weiterhin besteht in Schritt (3) die Art der Wasserstoffzufuhr darin, ausreichend Wasserstoff auf einmal für die Hydrierung zuzuführen oder Wasserstoff für die Hydrierung kontinuierlich zuzuführen.
  • Zusammenfassend hat die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen:
    1. 1. Die vorliegende Erfindung basiert auf der PECVD-Technologie, und die nach dem Tunneln der abgeschiedenen Siliziumoxidfilmschicht durchgeführte Hydrierungsbehandlung kann den Gehalt an Wasserstoffatomen an der Grenzfläche auf Siliziumbasis erhöhen, so dass die freien Bindungen an der Grenzfläche besser passiviert werden.
    2. 2. Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung wird ein Gradientendotierungsverfahren eingesetzt, um zu vermeiden, dass die hohe Konzentration von Phosphoratomen oder Boratomen an der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem amorphen Silizium in die Siliziumoxidschicht eindringt und die Siliziumbasis dotiert; in einer speziellen Implementierung wird zuerst eine Schicht aus intrinsischem amorphem Silizium abgeschieden, und dann wird amorphes Silizium mit einem allmählich zunehmenden Gehalt an Phosphoratomen oder Boratomen Schicht für Schicht abgeschieden, bis die erforderliche Dicke des amorphen Siliziums erreicht ist; oder die Abscheidung von Phosphoratomen oder Boratomen kann durch andere Kombinationen von Konzentrationsänderungen durchgeführt werden, und beim Glühen und Kristallisieren werden die Phosphoratome oder Boratome im amorphen Silizium erneut verteilt, wodurch die gewünschte Dotierungskonzentration erreicht werden kann, während eine übermäßige Dotierung der Siliziumbasis vermieden wird, die durch das Eindringen von Phosphor- oder Boratomen durch die Oxidschicht verursacht wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist das schematische Diagramm der Lebensdauertestergebnisse der Vergleichsgruppe und der Beispiele 1 und 2;
    • 2 ist das schematische Diagramm des Ergebnisses des I-VOC-Tests in der Vergleichsgruppe und Beispiele 1 und 2;
  • Ausführungsmodi der Erfindung
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung klar und vollständig beschrieben. Offensichtlich sind die beschriebenen Ausführungsformen nur einige, aber nicht alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Sofern nicht anders angegeben, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe in der Regel die Bedeutung, die von einem Fachmann verstanden, zu welchem diese Erfindung gehört. Die folgenden Beispiele werden verwendet, um die vorliegende Erfindung im Detail zu beschreiben, beschränken jedoch die vorliegende Erfindung nicht. Der Begriff „und/oder“, wie er hier verwendet wird, umfasst beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Elemente.
  • Der Prozess zur Herstellung von TOPCon-Batterie auf Basis der PECVD-Beschichtungstechnologie umfasst normalerweise die folgenden Schritte:
    1. 1. Doppelseitige Beflockung
    2. 2. Bor-Diffusion
    3. 3. Rückseitenätzung und Reinigung
    4. 4. Wachstum von Siliziumoxid + phosphordotiertem amorphem Silizium basierend auf dem PECVD-Prozess
    5. 5. Glühkristallisation
    6. 6. Reinigung von Siliziumwafern
    7. 7. Vorder- und Rückseitenbeschichtung
    8. 8. Siebdruck und Sintern
  • Beispiel 1
  • Um den mit Siliziumoxid und Phosphor dotierten amorphen Siliziumfilm mit höherer Passivierungsqualität wachsen zu lassen, umfasst das Herstellungsverfahren des Siliziumoxids und des dotierten amorphen Siliziumfilms in der TOPCon-Batterie der vorliegenden Erfindung die folgenden Arbeitsschritte:
    1. (1) Das Vorheizen des Siliziumwafers auf der Trägerplatte nach dem Rückätzen und Reinigen, wobei die Temperatur nach dem Vorheizen 450°C beträgt;
    2. (2) Die Einleitung von SiH4 und N2O als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung, und dann Bildung von SiOx durch die Reaktion von SiH4 und N2O bis die Dicke des abgeschiedenen SiOx (Siliciumoxidfilm) 1,5 nm erreicht;
    3. (3) Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen nach Abscheidung des Siliziumoxidfilms, wobei eine ausreichende Menge Wasserstoff auf einmal eingefüllt wird, und der Volumengehalt an Wasserstoff 5% beträgt.
    4. (4) Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma, wobei die Abscheidungsdicke von intrinsischem amorphem Silizium 20 nm beträgt;
    5. (5) Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei durch Steuern des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E19 cm-3, der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E20 cm-3, der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 5E20 cm-3erreichen, und so weiter, bis schließlich die gewünschte Dicke des amorphen Siliziums erreicht ist. Die endgültige Kombination der gebildeten Filmschichten ist: die Abscheidungsdicke des intrinsischen amorphen Siliziumfilms beträgt 20 nm; die Dicke der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 40 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E19 cm-3; die Dicke der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 40 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E20 cm-3; die Dicke der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 40 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 5E20 cm-3; die Dicke der fünften Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 40 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E21 cm-3;
    6. (6) Glühkristallisation nach Filmabscheidung, wobei die Glühtemperatur 950°C und die Glühzeit 30min beträgt.
  • Beispiel 2
  • Um den mit Siliziumoxid und Phosphor dotierten amorphen Siliziumfilm mit höherer Passivierungsqualität wachsen zu lassen, umfasst das Herstellungsverfahren des Siliziumoxids und des dotierten amorphen Siliziumfilms in der TOPCon-Batterie der vorliegenden Erfindung die folgenden Arbeitsschritte:
    1. (1) Das Vorheizen des Siliziumwafers auf der Trägerplatte nach dem Rückätzen und Reinigen, wobei die Temperatur nach dem Vorheizen 450°C beträgt;
    2. (2) Die Einleitung von SiH4 und N2O als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung, und dann Bildung von SiOx durch die Reaktion von SiH4 und N2O bis die Dicke des abgeschiedenen SiOx (Siliciumoxidfilm) 1,5 nm erreicht;
    3. (3) Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen nach Abscheidung des Siliziumoxidfilms, wobei der Wasserstoff kontinuierlich eingespritzt wird, um sicherzustellen, dass der Volumengehalt an Wasserstoff bei 5 % gehalten wird
    4. (4) Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma, wobei die Abscheidungsdicke von intrinsischem amorphem Silizium 10 nm beträgt;
    5. (5) Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei durch Steuern des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E19 cm-3, der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E20 cm-3, der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 5E20 cm-3erreichen, und so weiter, bis schließlich die gewünschte Dicke des amorphen Siliziums erreicht ist. Die endgültige Kombination der gebildeten Filmschichten ist: die Abscheidungsdicke des intrinsischen amorphen Siliziumfilms beträgt 10 nm; die Dicke der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 35 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E19 cm-3; die Dicke der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 35 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E20 cm-3; die Dicke der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 50 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 5E20 cm-3; die Dicke der fünften Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 50 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E21 cm-3;
    6. (6) Glühkristallisation nach Filmabscheidung, wobei die Glühtemperatur 950°C und die Glühzeit 30 min beträgt.
  • Beispiel 3
  • Um den mit Siliziumoxid und Phosphor dotierten amorphen Siliziumfilm mit höherer Passivierungsqualität wachsen zu lassen, umfasst das Herstellungsverfahren des Siliziumoxids und des dotierten amorphen Siliziumfilms in der TOPCon-Batterie der vorliegenden Erfindung die folgenden Arbeitsschritte:
    1. (1) Das Vorheizen des Siliziumwafers auf der Trägerplatte nach dem Rückätzen und Reinigen, wobei die Temperatur nach dem Vorheizen 450°C beträgt;
    2. (2) Die Einleitung von SiH4 und N2O als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung, und dann Bildung von SiOx durch die Reaktion von SiH4 und N2O bis die Dicke des abgeschiedenen SiOx (Siliciumoxidfilm) 1,8 nm erreicht;
    3. (3) Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen nach Abscheidung des Siliziumoxidfilms, wobei der Wasserstoff kontinuierlich eingespritzt wird, um sicherzustellen, dass der Volumengehalt an Wasserstoff bei 10 % gehalten wird
    4. (4) Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma, wobei die Abscheidungsdicke von intrinsischem amorphem Silizium 50 nm beträgt;
    5. (5) Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei durch Steuern des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E20 cm-3, der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E21 cm-3 erreichen. Die endgültige Kombination der gebildeten Filmschichten ist: die Abscheidungsdicke des intrinsischen amorphen Siliziumfilms beträgt 50 nm; die Dicke der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 60 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E20 cm-3; die Dicke der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 70 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E21 cm-3;
    6. (6) Glühkristallisation nach Filmabscheidung, wobei die Glühtemperatur 850°C und die Glühzeit 45 min beträgt.
  • Beispiel 4
  • Um den mit Siliziumoxid und Phosphor dotierten amorphen Siliziumfilm mit höherer Passivierungsqualität wachsen zu lassen, umfasst das Herstellungsverfahren des Siliziumoxids und des dotierten amorphen Siliziumfilms in der TOPCon-Batterie der vorliegenden Erfindung die folgenden Arbeitsschritte:
    1. (1) Das Vorheizen des Siliziumwafers auf der Trägerplatte nach dem Rückätzen und Reinigen, wobei die Temperatur nach dem Vorheizen 600°C beträgt;
    2. (2) Die Einleitung von SiH4 und N2O als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung, und dann Bildung von SiOx durch die Reaktion von SiH4 und N2O bis die Dicke des abgeschiedenen SiOx (Siliciumoxidfilm) 2,2 nm erreicht;
    3. (3) Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen nach Abscheidung des Siliziumoxidfilms, wobei der Wasserstoff kontinuierlich eingespritzt wird, um sicherzustellen, dass der Volumengehalt an Wasserstoff bei 15 % gehalten wird
    4. (4) Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma, wobei die Abscheidungsdicke von intrinsischem amorphem Silizium 10 nm beträgt;
    5. (5) Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei durch Steuern des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E17 cm-3, der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 5E17 cm-3, der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 1E18 cm-3erreichen, und so weiter, bis schließlich die gewünschte Dicke des amorphen Siliziums erreicht ist. Die endgültige Kombination der gebildeten Filmschichten ist: die Abscheidungsdicke des intrinsischen amorphen Siliziumfilms beträgt 10 nm; die Dicke der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 15 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E17 cm-3; die Dicke der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 15 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 5E17 cm-3; die Dicke der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E18 cm-3; die Dicke der fünften Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 5E18 cm-3; die Dicke der sechsten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E19 cm-3; die Dicke der siebten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 5E19 cm-3; die Dicke der achten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E20 cm-3; die Dicke der neunten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 5E20 cm-3; die Dicke der zehnten Schicht des dotierten amorphen Siliziums beträgt 20 nm und die Dotierungskonzentration beträgt 1E21 cm-3;
  • Vergleichsbeispiel
  • Die durch das herkömmliche PECVD-Verfahren hergestellte Passivierungskontaktstruktur wird als Vergleichsgruppe verwendet. Bei diesem Verfahren wird nach der Abscheidung des Siliziumoxidfilms keine Hydrierungsbehandlung durchgeführt, und das Verfahren zum Dotieren von amorphem Silizium ist ein einmaliges Formen, das dasselbe wie das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist.
  • Die Passivierungsleistung der Passivierungskontaktstruktur der Materialien, die in der Vergleichsgruppe und den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, und die Testergebnisse der elektrischen Batterieleistung basierend auf den vier Ausführungsformen sind in Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1
    Voc(V) Isc(A) FF(%) Eta(%) Rs(ohm) Rp(ohm)
    Vergleichsbeispiel 0.686 10.40 81.29 22.95 0.002 596
    Beispiel 1 0.687 10.41 81.26 23.07 0.002 524
    Beispiel 2 0.689 10.44 81.27 23.11 0.001 723
    Beispiel 3 0.686 10.41 81.3 22.97 0.002 654
    Beispiel 4 0.689 10.43 81.28 23.12 0.001 706
  • Aus den obigen Daten ist ersichtlich, dass die Passivierungsleistung des Films, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, im Vergleich mit der Kontrollgruppe offensichtlich verbessert ist. Die mittlere Minoritätsträgerlebensdauer von Beispiel 1 und Beispiel 2 beträgt 3650 us bzw. 3680 us, während die Minoritätsträgerlebensdauer der Vergleichsgruppe 2650 us beträgt. Die I-Voc-Werte betrugen 714 mV und 716 mV, die um 7 bzw. 9 mV höher waren als die 707 mV in der Vergleichsgruppe.
  • Die Leerlaufspannungen der gemäß Beispiel 1 und Beispiel 2 hergestellten TOPCon-Batterie betragen 687 bzw. 689 mV, was 1 mV bzw. 3 mV höher war als bei der Vergleichsgruppe, und die Batterieeffizienz wird um 0,12 % bzw. 0,16 % erhöht. Gemäß den Testergebnissen von Beispiel 3 wird die Effizienz um 0,02 % verbessert, wenn die Anzahl amorpher Siliziumschichten 3 beträgt. Wenn die Anzahl amorpher Siliziumschichten 10 beträgt (Beispiel 4), ist die Wirkung der Gradientendotierung nahe der von 5 Schichten, aber die Prozesszeit ist etwa doppelt so lang wie die von 5 Schichten. Die Effizienz in Beispiel 4 ist um 0,17 % höher als die der Kontrollgruppe. Der aktuelle Grenzwirkungsgrad von kristallinen Siliziumzellen liegt bei etwa 29%, und der derzeitige Weltrekordwirkungsgrad der Massenproduktion von TOPCon-Batterie liegt bei 24,48 % (laut Trina Solar Labs). Es ist sehr schwierig, die Effizienz zu verbessern, wenn die Batterieeffizienz nahe an der theoretischen Grenze liegt, und eine Effizienzverbesserung von 0,01 % hat einen guten industriellen Wert. Die technische Lösung kann die Umwandlungseffizienz der TOPCon-Batterie nur durch Optimierung der Abscheidungslösung effektiv verbessern, ohne das Gerätedesign und die Batteriestruktur zu ändern.
  • Die mit der vorliegenden Erfindung verbundene technische Lösung ist nicht nur auf in-situ-Phosphor-dotiertes amorphes Silizium beschränkt, sondern umfasst auch eine in-situ-Dotierung anderer Elemente, wie z. B. Bor-Dotierung, Aluminium-Dotierung, Gallium-Dotierung und dergleichen. Die Auswahl des Konzentrationsgradienten und der Art der in-situ-Dotierung, die mit der technischen Lösung verbunden sind, ist nicht auf die in der obigen Ausführungsform gezeigte Art beschränkt.
  • Jeder, der mit dem Beruf vertraut ist, sollte verstehen, dass das Obige sind nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und schränken die vorliegende Erfindung in keiner Form ein. Ohne von der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung abzuweichen, fallen jedoch alle einfachen Modifikationen, äquivalenten Änderungen und Modifikationen, die an den obigen Ausführungsformen basierend auf dem technischen Wesen der vorliegenden Erfindung vorgenommen wurden, immer noch in den Umfang der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung unterliegt dem durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definierten.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Arbeitsschritte umfasst: (1) Das Vorheizen des Siliziumwafers auf der Trägerplatte nach dem Rückätzen und Reinigen, wobei die Temperatur nach dem Vorheizen 300-700°C beträgt; (2) Die Einleitung von SiH4 und N2O oder O2 als Reaktionsgas, Plasmaerzeugung unter Verwendung von AC-HF-Leistung, Bildung von SiOx durch die Reaktion von SiH4 und N2O und Abscheidung von Siliziumoxidschichten; (3) Durchleiten von Stickstoff und Wasserstoff und Hydrierungsbehandlung unter Plasmaanregungsbedingungen nach Abscheidung des Siliziumoxidfilms; (4) Einführung von Silan nach Hydrierung des Siliziumoxidfilms und Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium durch Plasma; (5) Abscheidung von in-situ dotiertem amorphem Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium, wobei durch Steuerung des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration jeder Schicht des dotierten amorphen Siliziums von der Innenschicht bis zur Außenschicht allmählich verringert wird, bis die endgültige gewünschte Dicke des amorphen Siliziumfilms vollendet ist.
  2. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur nach dem Vorheizen in Schritt (1) 400-600°C beträgt.
  3. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der abgeschiedenen Siliziumoxidfilms in Schritt (2) 1-3 nm beträgt.
  4. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des AC-HF-Netzteils in Schritt (2) 10-1000W beträgt.
  5. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Wasserstoffs in Schritt (3) 1-50 % des Gesamtvolumens des gemischten Gases aus Wasserstoff und Stickstoff ausmacht.
  6. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des intrinsischen amorphen Siliziums in Schritt (4) 10-50 nm beträgt.
  7. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (5) in-situ dotiertes amorphes Silizium durch Durchleiten von Silan und Phosphin nach der Abscheidung von intrinsischem amorphem Silizium abgeschieden wird, wobei durch Steuerung des Verhältnisses von Silan/Phosphin die Phosphorkonzentration jeder Schicht des dotierten amorphen Siliziums von der Innenschicht bis zur Außenschicht allmählich verringert wird, bis die endgültige gewünschte Dicke des amorphen Siliziumfilms vollendet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (5) die Abscheidung von mit Aluminium oder Gallium dotiertem amorphem Silizium nach der Abscheidung des intrinsischen amorphen Siliziums durchgeführt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (4), die Abscheidungsdicke des intrinsischen amorphen Siliziumfilms 20 nm beträgt, in Schritt (5), die Dicke der zweiten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 1E19 cm- 3beträgt; die Dicke der dritten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 1E20 cm-3 beträgt; die Dicke der vierten Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 5E20 cm-3 beträgt; die Dicke der fünften Schicht des dotierten amorphen Siliziums 40 nm und die Dotierungskonzentration 1E21 cm-3 beträgt.
  10. Verfahren zur Herstellung von Siliziumoxid und dotierte amorphe Silizium Dünnfilme in der TOPCon-Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (3) die Art der Wasserstoffzufuhr darin besteht, ausreichend Wasserstoff auf einmal für die Hydrierung zuzuführen oder Wasserstoff für die Hydrierung kontinuierlich zuzuführen.
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