TW201320188A - 用於使矽表面無起泡鈍化之方法 - Google Patents

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Abstract

一種在結晶矽基板之表面上形成表面鈍化層的方法，該方法包含：-沉積Al2O3層於該表面上，該Al2O3層之厚度不超過15 nm；-在該表面上該Al2O3層之該沉積之後，在500℃與900℃之間範圍內之溫度下執行除氣製程；-在該除氣製程之後，在該Al2O3層上沉積至少一層額外介電層，諸如氮化矽層及/或氧化矽層。

Description

用於使矽表面無起泡鈍化之方法
揭示之技術係關於用於使矽表面無起泡鈍化之方法，其可用於矽光伏打電池之表面鈍化。
矽光伏打工業使用之晶圓愈來愈薄以顯著降低每個晶圓之矽含量，從而降低光伏打電池成本。因而，電池之表面與體積比增加，且因此提供體矽(bulk silicon)光伏打電池之良好表面鈍化的需要變得很重要。
因為尤其對於多晶矽晶圓而言，矽體壽命對高溫方法之敏感性高，故正在為將來工業之高效矽光伏打電池開發低溫表面鈍化方法。舉例而言，已顯示藉由原子層沉積(ALD)生長之氧化鋁(Al2O3)薄膜可在p型及n型矽晶圓上提供優良表面鈍化。在p型結晶矽表面上，Al2O3層內之固定負電荷密度可誘導形成提供有效場效鈍化之累積層。因此，ALD沉積之Al2O3宜用於光伏打電池(諸如PERC型(鈍化發射極及後接點)光伏打電池及PERL型(鈍化發射極後表面局部擴散)光伏打電池)之p型後表面鈍化。在ALD沉積之Al2O3層頂部可提供額外介電層，諸如氮化矽層或氧化矽層。
在光伏打電池製造方法中，在沉積Al2O3鈍化層之後，通常在高溫下執行退火，諸如金屬燒製。舉例而言，在PERC型矽光伏打電池之製造方法中，典型地在835℃以上之溫度下進行共燒製程。當在該種電池之後側使用Al2O3鈍化層或 包含Al2O3層及介電層(諸如氮化矽層)之堆疊時，已知該等高溫退火製程通常引起鈍化層起泡，亦即Al2O3層部分分層及在鈍化層與矽表面之間的界面處形成氣泡或起泡。該等起泡對鈍化層之鈍化品質具有負面影響，引起開路電壓Voc降低且因此光伏打電池之能量轉換效率降低。
舉例而言，A.Richter等人在「Firing stable Al2O3/SiNx layer stack passivation for the front side boron emitter of n-type silicon solar cells」，25th EPVSEC,2010年9月，Valencia,Spain中報導在高溫(750℃至850℃)下燒製之後在Al2O3/SiNx堆疊中起泡之影響。發現起泡受Al2O3層厚度及沉積溫度顯著影響。更特定言之，在層厚度增加及沉積溫度降低時觀察到起泡增強。反射率與起泡之間的關係尚未討論。
某些本發明態樣係關於一種在矽表面上形成優良表面鈍化層之方法，該表面鈍化層包含Al2O3層，甚至在高溫下(例如在約400℃與900℃之間或500℃與900℃之間範圍內之溫度下)進一步處理之後其中仍維持該鈍化層之優良表面鈍化品質且其中仍避免起泡形成。
一個本發明態樣係關於一種在結晶矽基板之表面上形成優良表面鈍化層的方法，該方法包含：沉積Al2O3層於表面上，Al2O3層之厚度在1 nm與15 nm之間，更佳在1 nm與10 nm之間，更佳不超過約15 nm，不超過約10 nm，或不超過15 nm，或不超過10 nm，或不超過9 nm、8 nm、7 nm、 6 nm、5 nm；在500℃與900℃之間範圍內或在約500℃與900℃之間、更佳在500℃與850℃之間範圍內、更佳在700℃與850℃之間範圍內的溫度下執行除氣製程；及在除氣製程之後，在該Al2O3層上沉積至少一層額外介電層，諸如氮化矽層及/或氧化矽層。除氣製程之持續時間可例如在5分鐘與30分鐘之間。舉例而言，其可為約10分鐘，或約15分鐘，或約20分鐘，或約25分鐘。
可特定言之在150℃與250℃之間範圍內或在約150℃與250℃之間的溫度下藉由ALD(原子層沉積)，或特定言之在150℃與350℃之間範圍內或在約150℃與350℃之間的溫度下藉由PECVD(電漿增強化學氣相沉積)，或藉由熟習此項技術者已知之任何適合方法來沉積Al2O3層。除氣製程可例如在氮氣環境中執行。
根據一個本發明態樣之方法的優勢在於，其使Al2O3表面鈍化層及Al2O3/介電層堆疊具有優良表面鈍化品質，甚至在高溫下執行進一步加工之後其中仍維持表面鈍化品質且其中仍避免起泡形成。
根據較佳具體實例，該方法進一步包含在沉積Al2O3層於表面上之前藉助於產生親水性表面之清潔方法清潔表面。
根據較佳具體實例，該方法進一步包含以下步驟之任何適合選擇或其組合：a.紋理化/拋光矽基板之前表面；b.在基板之前表面及/或背表面上進行發射極擴散， 例如POCl3擴散(60 Ω/sq)；c.移除後側之發射極；d.在前表面上沉積SiNx抗反射塗料；e.向背表面提供穿過後表面上之鈍化堆疊(例如藉由雷射剝蝕)之接觸開口；f.在後表面上物理氣相沉積金屬(例如Al)且在前表面上網版印刷金屬(例如Ag)；g.共燒前接點及背接點。
根據一個本發明態樣之方法宜用於矽光伏打電池(諸如PERC型或PERL型電池)之後表面鈍化，其中金屬燒製製程係在形成Al2O3表面鈍化層之後且在用額外介電層覆蓋表面鈍化層之後執行，額外介電層在燒製期間形成針對金屬穿刺之障壁且提高背表面反射率。金屬燒製製程可例如在高於835℃之溫度下執行。
當使用根據一個本發明態樣之方法時，避免由該金屬燒製製程引起表面鈍化品質之顯著劣化。更特定言之，避免鈍化層之部分分層及在矽基板與表面鈍化層之間的界面處形成起泡。
各種本發明態樣之某些目標及優勢在上文中已加以描述。當然，應瞭解根據任何特定具體實例未必可達成所有該等目標或優勢。因此，舉例而言，熟習此項技術者應認識到，可以達成或最佳化如本文中教示之一個優勢或優勢群之方式實施或進行本發明，而不必達成可如本文中教示或建議之其他目標或優勢。此外，應瞭解此概述僅為例示 性的且不欲限制本發明之範疇。可在閱讀時藉由參考以下實施方式並結合隨附圖式最佳地理解本發明(關於操作之組織及方法)以及其特徵及優勢。
在以下實施方式中，闡述許多特定細節以便全面理解本發明及其可於特定具體實例中如何實施。然而，應瞭解本發明可在無該等特定細節下實施。在其他情況下，未詳細描述熟知方法、程序及技術，以便不使本發明晦澀難懂。雖然本發明將關於特定具體實例並參考某些圖式來描述，但本發明並不限於此。本文中包括及描述之圖式為示意性的且並不限制本發明之範疇。亦應注意在圖式中，為達成說明之目的，一些元件之尺寸可能放大且因此未按比例繪製。
另外，本說明書中之術語第一、第二、第三及其類似術語係用於區分相似元件且未必用於在時間上、空間上、以排序方式或以任何其他方式描述順序。應瞭解，如此使用之術語在適當情況下可互換，且本文中描述之本發明具體實例能夠以除本文中所描述或說明之順序以外之順序操作。
另外，本說明書中之術語頂部、底部、上方、下方及其類似術語係用於描述之目的且未必用於描述相對位置。應瞭解，如此使用之術語在適當情況下可互換，且本文中描述之本發明具體實例能夠以除本文中所描述或說明之定位以外之定位操作。
應注意，術語「包含(comprising)」不應解釋為限於其後列出之構件；其不排除其他元件或步驟。因此，其應解釋為規定存在所提及之所述特徵、整體、步驟或組件，但不排除存在或添加一或多種其他特徵、整體、步驟或組件或其群。因此，表述「包含構件A及B之裝置」之範疇不應限於僅由組件A及B組成之裝置。
在本說明書之上下文中，光伏打電池或基板之前表面或前側為經調適以用於朝向光源定向且因此用於接收照明之表面或側。光伏打電池或基板之背表面、後表面、背側或後側為與前表面或前側相對之表面或側。
一個具體實例係關於一種在矽基板之表面上形成優良無起泡表面鈍化層的方法，該方法包含：沉積Al2O3層於表面上，Al2O3層之厚度不超過約10 nm，例如在約1 nm或2 nm與10 nm之間的範圍內；在約500℃與850℃之間範圍內的溫度下執行除氣製程；及在除氣製程之後在Al2O3層上沉積至少一其他介電層，諸如氮化矽層或氧化矽層。
根據一個具體實例之方法的優勢在於其使表面鈍化層具有優良表面鈍化品質，甚至在高溫下執行進一步加工之後仍可維持該優良表面鈍化品質。在一個具體實例中，在用任何其他層覆蓋Al2O3層之前，執行除氣製程。使Al2O3層足夠薄以使得其不對氣體形成障壁，亦即使得氣體可經由薄Al2O3層擴散，因此避免在除氣期間起泡形成。當在用任何其他層覆蓋Al2O3層之前釋放氣體時，亦避免在製程之隨後階段中(例如在覆蓋Al2O3層之後的進一步高溫製程影 響下)起泡形成。
在一個具體實例中，該方法可用於矽光伏打電池(諸如PERC型或PERL型電池)之後表面鈍化，其中金屬燒製製程係在形成表面鈍化層之後執行。當使用根據一個具體實例之方法時，避免由該金屬燒製製程引起表面鈍化品質之顯著劣化。更特定言之，避免Al2O3鈍化層之部分分層及在矽基板與Al2O3表面鈍化層之間的界面處形成起泡。
執行實驗，其中藉由熱ALD在200℃下在0.4 Ω-cm p型FZ矽晶圓上沉積30 nm厚Al2O3層。在Al2O3沉積之後，在200℃與900℃之間範圍內之不同退火溫度下執行混合氣體退火製程(forming gas annealing process)30分鐘。圖1顯示如藉由準穩態光電導(QSSPC)所量測之最大有效少數載子壽命隨退火溫度之變化。在一個具體實例中，在退火溫度在約350℃與400℃之間的範圍內時獲得最高有效壽命。退火溫度超出約400℃時，有效壽命縮短。觀察到在該等較高退火溫度下起泡出現，且在退火溫度增加時，起泡之尺寸增加。舉例而言，在400℃下退火引起半徑約為1微米之起泡；在430℃下退火引起半徑約為2微米之起泡；在470℃下退火後量測到半徑約為3微米之起泡，且在500℃下退火後起泡半徑約為3.5微米。
使用大氣壓快速熱加工(RTP)室用大氣壓離子化質譜法(APIMS)鑑別在加熱Si/Al2O3樣品時脫附之物質。圖2(a)顯示m/e(質荷比)=18(H2O+)及29(N2H+)之脫附光譜，分別指示H2O及H2之脫附。圖2(b)顯示(i)m/e=15 至70之光譜，除與N2、H2O、O2及CO2有關者以外(因此排除m/e=17至19、28至29、32、35至37、41至42、44、46、50、55至57、60)，其中干擾過大，及(ii)m/e=71至100之所有光譜。顯示在200℃下沉積30 nm Al2O3之Si樣品及假晶圓(背景)之光譜。由圖2(a)及圖2(b)中所示之量測值可得出結論：關於所有光譜，可在超出400℃時即刻觀察到脫附峰。
基於該等觀察結果，可得出結論：在約400℃以上之溫度下加熱時Si/Al2O3界面處形成起泡(圖1)可能與該等溫度下之氣體脫附(圖2)有關。
具有30 nm厚度之ALD Al2O3層在200℃之沉積溫度下沉積於矽晶圓上。在Al2O3沉積之後，將晶圓加熱至介於180℃至900℃範圍內之溫度(持續增加溫度)。圖3顯示在m/z(原子質量單位)=43(其可指示H2O)時量測之脫附光譜(空心正方形)。可見，除氣主要自約400℃之溫度開始。亦觀察到在約400℃或大於400℃之退火溫度下開始起泡。圖3亦顯示所量測之在不同溫度下退火之不同樣品的有效壽命(實心正方形)。發現與除氣曲線強相關，其中在約400℃之溫度下退火時有效壽命最長且退火溫度較高時壽命急劇降低，直至退火溫度高於約700℃時有效壽命接近於零。該等結果指示30 nm厚Al2O3層對氣體脫附形成障壁，當在高於約400℃之溫度下進行退火製程時引起起泡形成。在厚度大於約15 nm之其他Al2O3層中觀察到類似趨勢。
圖4顯示氫濃度隨以下樣品之深度的變化：具有不起泡100 nm厚的沉積態Al2O3層(菱形)之樣品、在Al2O3沉積之後在500℃下退火之樣品(正方形)及在Al2O3沉積之後在600℃下退火之樣品(三角形)。在圖4中顯示之圖中，深度=0對應於Al2O3表面且深度=1000對應於Si/Al2O3界面。在沉積態層中，氫氣含量在Al2O3層內實質上為均勻的。退火後氫氣含量存在明顯不均勻性，與Al2O3表面相比，Si/Al2O3界面處實質上殘留較多氫氣。
具有5 nm厚度之ALD Al2O3層在200℃之沉積溫度下生長於矽晶圓上。在Al2O3沉積之後，晶圓暴露於在180℃至900℃之範圍內持續增加之溫度下。圖5顯示在m/z=43時量測之脫附光譜(空心正方形)。此處亦可見，除氣主要自約400℃之溫度發生。然而，該樣品在全範圍之退火溫度下均未觀察到起泡。由此等結果可得出結論：約5 nm厚Al2O3層足夠薄以允許在無起泡形成下除氣。此與圖3中所示之30 nm厚Al2O3層之結果相反，在30 nm厚Al2O3層中除氣引起起泡形成。圖5亦顯示所量測之在不同溫度下退火之樣品的有效壽命(實心正方形)。在退火溫度為約500℃時量測到最高壽命。在較高退火溫度下有效壽命縮短，但壽命縮短比具有30 nm厚Al2O3層之樣品(圖3)少得多。
圖7中描述先前技術PERC型矽電池加工方法之實例。其包含：單側紋理化基板(例如矽晶圓)；執行清潔步驟；在800℃與950℃之間範圍內之溫度下在POCl3擴散爐中進行發射極擴散，在基板之前側及後側皆產生摻雜區；移除 後側之摻雜(發射極)區；移除在前表面發射極擴散期間形成之PSG(磷矽酸鹽玻璃)；執行清潔步驟；在後側提供鈍化堆疊；在前側沉積ARC(抗反射塗料)，例如SiNx ARC；在後側例如藉由雷射剝蝕局部打開鈍化堆疊；執行後側金屬化步驟及前側金屬化步驟；及在600℃與1000℃之間範圍內之溫度下共燒後側金屬化物及前側金屬化物。
在製造具有後側Al2O3鈍化層之PERC型矽電池的方法中，在電池之後側用其他介電層(諸如SiNx層及/或SiOx層)覆蓋Al2O3層，其他介電層在接點燒製製程期間充當Al金屬層之障壁且提供對長波長光(例如波長大於900 nm)之優良後表面內部反射。該覆蓋層係典型地在約400℃或約400℃以上或400℃以上或500℃以上之溫度下沉積。因此，該覆蓋層沉積可充當退火製程，引起如上文所說明之起泡形成。此外，提供覆蓋層會增大層厚度且因此增大氣體障壁厚度，使得起泡形成之風險甚至更高。另外，在PERC型電池中，在製造方法結束時，典型地在高於約835℃之溫度下執行金屬共燒製程，再次引起起泡形成問題。一個具體實例提供一種解決起泡形成問題之方法，其係藉由使用薄Al2O3層(約10 nm)且藉由在覆蓋Al2O3層之前在約500℃與850℃之間範圍內之溫度下執行除氣製程來實現。
製造PERC型(鈍化發射極及後接點)光伏打電池，其中根據一個具體實例之方法用於後表面鈍化。使用電阻率為0.5 Ω-cm至3 Ω-cm之125 mm×125 mm半正方形p型Cz矽晶圓作為基板。在紋理化基板之後，拋光基板之後 側，使得基板厚度為160微米。接著執行前側磷擴散製程(POCl3擴散)，以便形成薄層電阻為60 Ω/sq之發射極區域。接著晶圓在85℃下在1：4 H2O2：H2SO4溶液中清潔10分鐘，隨後進行HF浸漬(2% HF於去離子水中)及熱風乾燥。接著在前側沉積PECVD SiNx抗反射塗料。接著清潔晶圓並使用先進乾燥方法乾燥。對於第一部分晶圓，使用產生疏水性表面(Si-H)之清潔方法。更特定言之，該等晶圓在85℃下在1：4 H2O2：H2SO4溶液中清潔10分鐘，隨後進行HF浸漬(2% HF於去離子水中)及馬蘭哥尼乾燥(Marangoni drying)。對於第二部分晶圓，使用產生親水性表面(Si-OH)之清潔方法。更特定言之，該等晶圓在85℃下在1：4 H2O2：H2SO4溶液中清潔10分鐘，隨後進行HF浸漬(2% HF於去離子水中)，在環境溫度下在NH4OH：H2O2：H2O(1：1：5)中化學氧化10分鐘且最後進行馬蘭哥尼乾燥。接著使用熱ALD在200℃下將薄Al2O3層(厚度5 nm或10 nm)沉積於後表面上，並在氮氣環境中在三種不同溫度(400℃、500℃及600℃)下進行退火製程(除氣製程)。將PECVD SiNx覆蓋層沉積於Al2O3層上。在電池之後側，使用雷射剝蝕經由Al2O3/SiNx堆疊製造接觸開口。隨後，在後側進行Al濺鍍以便形成後側接點且在前側進行Ag網版印刷以便形成前側接點，且在860℃峰值溫度下共燒金屬接點。
所量測之不同電池之開路電壓顯示於圖6中。作為參考，亦顯示具有完全Al BSF(背表面場)之電池的開路電壓，以及具有包含氧化矽層及氮化矽層之堆疊作為後表面 鈍化堆疊的PERC電池之開路電壓。由此等結果可得出結論：除氣溫度增加時開路電壓增加，因此指示除氣溫度增加時表面鈍化品質較佳。與參考PERC電池相比，在約400℃下除氣並不引起顯著改良。在相同除氣條件下，與具有約10 nm厚Al2O3層之電池相比，具有約5 nm厚Al2O3層之電池獲得較高開路電壓。
圖8比較PERC型太陽電池在藉由Al2O3/SiNx、SiOx/SiNx或Al2O3/SiOx/SiNx堆疊鈍化之具有鹼性紋理化前表面及拋光後表面之150微米厚p型Cz Si基板上之介於1000 nm與1200 nm之間的反射率。對於SiOx層，已使用兩種厚度，其中SiOx(A)與SiOx(B)相比較薄。由此等反射率量測值顯而易見，對於基於Al2O3之後表面鈍化之最佳後表面內部反射而言，其較佳用足夠厚之SiOx層及SiNx覆蓋。在先前技術中，該等後表面鈍化堆疊已最佳化。此意謂對於最佳後表面內部反射而言，Al2O3在共燒步驟之前必須用SiOx/SiNx覆蓋(亦參見表I)。用SiOx及/或SiNx覆蓋薄ALD Al2O3膜或使Al2O3與SiOx及/或SiNx之堆疊退火可引起起泡形成。起泡為在超出臨界溫度(典型地對於ALD Al2O3為350℃)之熱處理時由Al2O3層中之氣體脫附所引起之基於Al2O3之堆疊的部分分層；經覆蓋Al2O3層充當氣體障壁且發生起泡形成。在各種沉積技術(熱ALD、電漿增強ALD及PECVD)中均已觀察到Al2O3及經覆蓋Al2O3層之起泡。已顯示，根據本發明使用足夠薄(10 nm)之Al2O3層及在覆蓋之前執行退火步驟為形成無起泡基於 Al2O3之鈍化堆疊之解決方法。
從而使得基於Al2O3之後表面鈍化堆疊之內部反射增強。
為研究基於Al2O3之後表面鈍化堆疊之熱穩定性，如表I中所示製造無起泡網版印刷之大面積p型Si PERC型太陽電池，在Al2O3沉積(厚度10 nm)之後且在SiOx/SiNx覆蓋之前在N2中使用「除氣」熱處理20分鐘。
圖9顯示該等電池之開路電壓VOC(實心圓形)隨除氣 溫度之變化。亦顯示如藉由光學顯微法所量測之Al2O3/SiOx/SiNx堆疊之起泡表面覆蓋度Y(實心正方形)。作為參考，亦給出SiOx/SiNx鈍化之PERC之VOC。
圖10給出計算之有效後表面再結合速度(S有效，後表面)，其中Z為在共燒期間接觸到之起泡分率。圖11中描述之VOC係由圖10中所示之S有效，後表面值模擬。圖11中之實心圓形顯示量測之Voc值。圖10及圖11中之S有效，後表面及VOC經計算亦隨除氣溫度而變。
如圖9中可見，隨著除氣溫度升高，Al2O3/SiOx/SiNx鈍化之PERC型電池之平均VOC明顯提高。甚至在600℃至700℃下除氣之後，與SiOx/SiNx鈍化之電池相比，Al2O3/SiOx/SiNx鈍化之電池在後表面之鈍化明顯更佳。該VOC改良的同時，隨著除氣溫度升高，起泡明顯減少。藉由使用針對共燒期間經由起泡接觸之機率的該起泡分率及因子Z獲得S有效，後表面估計值(圖10)。使用該S有效，後表面模擬預期VOC，很明顯量測之VOC隨除氣溫度升高而增加與起泡減少直接相關。若在共燒期間除氣溫度過低，則約30%之起泡(對應於Z=0.3)變成局部點接觸；因此，S有效，後表面增加且因而VOC降低。除氣溫度超出800℃時，S有效，後表面再次開始增加。
作為p型Si PERC太陽電池之後表面鈍化之Al2O3/SiOx/SiNx整合，組合除氣步驟，已顯示為有利的。在Al2O3沉積步驟之後且在SiOx/SiNx沉積步驟之前在700℃下除氣的Al2O3/SiOx/SiNx鈍化之PERC型太陽電池之平 均電池結果及最佳電池結果在表II中列出。
亦給出最佳參考SiOx/SiNx鈍化之PERC型太陽電池結果。圖12中顯示SiOx/SiNx與Al2O3/SiOx/SiNx鈍化之電池在高波長下之內部量子效率(IQE)。如表II所示，發現Al2O3/SiOx/SiNx鈍化之PERC型太陽電池最佳達到平均電池效率19.0%，相比之下最佳SiOx/SiNx鈍化之太陽電池為18.7%。
由於後表面鈍化及後表面內部反射增強，VOC及JSC分別明顯增加7 mV及0.4 mA/cm2。該改良之Al2O3/SiOx/SiNx後表面鈍化亦由在1000 nm與1200 nm之間波長下之IQE量測值證實，如圖12中所示。
上文描述詳述本發明之某些具體實例。然而，應瞭解，不管上述內容在正文中如何詳細地呈現，本發明可以多種方式實施。應注意在描述本發明之某些特徵或態樣時使用特定術語，不應認為暗示該術語在本文中再定義以限於包 括與該術語相關之本發明特徵或態樣之任何特定特徵。
雖然以上實施方式已顯示、描述並指出本發明應用於各種具體實例時之新穎特徵，但應瞭解熟習此項技術者可對所說明之裝置或製程之形式及細節進行各種省略、取代及改變。
圖1顯示在0.4 Ω.cm p型FZ c-Si晶圓上藉由QSSPC(準穩態光電導)量測之最大有效壽命隨退火溫度而變，該等晶圓用在200℃下ALD沉積之30 nm Al2O3鈍化且在混合氣體中退火30分鐘。
圖2顯示藉由APIMS量測之溫度規劃脫附(temperature programmed desorption，TDS)數據：在圖2(a)中，m/e=18(H2O+)及29(N2H+)且在圖2(b)中，m/e=15-70及71-100。顯示在200℃下沉積30 nm Al2O3之Si樣品及假晶圓(背景)之光譜。
圖3顯示在200℃下沉積30 nm Al2O3之Si樣品藉由APIMS在m/z=43下量測之溫度規劃脫附(TDS)數據(空心正方形)及有效壽命(實心正方形)，隨退火溫度而變。
圖4顯示氫濃度隨以下樣品之深度的變化：具有不起泡100 nm厚沉積態Al2O3層之樣品(菱形)、在Al2O3沉積之後在500℃下退火之樣品(正方形)及在Al2O3沉積之後在600℃下退火之樣品(三角形)。
圖5顯示在200℃下沉積5 nm Al2O3之Si樣品藉由APIMS在m/z=43下量測之溫度規劃脫附(TDS)數據(空 心正方形)及有效壽命(實心正方形)，隨退火溫度而變。
圖6顯示在基於Al2O3之後表面鈍化層之不同製程參數下的PERC型光伏打電池、PERC參考電池及完全Al BSF參考電池之經量測Voc值。
圖7說明一種典型先前技術PERC型光伏打電池加工方法。
圖8為說明對於不同後表面鈍化堆疊而言，鈍化發射極及後表面電池型電池在高波長下之反射率的圖。
圖9為顯示不同除氣溫度下鈍化發射極及後表面電池型電池之總起泡面積及平均VOC的圖。
圖10為顯示鈍化發射極及後表面電池型電池之S有效，後表面隨除氣溫度的變化之圖。
圖11為顯示鈍化發射極及後表面電池型電池之模擬VOC與除氣溫度之間的關係之圖。
圖12為顯示比較不同後表面鈍化堆疊下鈍化發射極及後表面電池型電池在高波長下之內部量子效率(IQE)與波長之間的關係之圖。
在不同圖式中，相同參考記號係指相同或類似元件。

Claims (11)

  1. 一種在結晶矽基板之表面上形成表面鈍化層的方法，該方法包含：沉積Al2O3層於該表面上，該Al2O3層之厚度不超過15 nm；在該表面上該Al2O3層之該沉積之後，在500℃與900℃之間範圍內之溫度下執行除氣製程；在該除氣製程之後，在該Al2O3層上沉積至少一層額外介電層，諸如氮化矽層及/或氧化矽層。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中沉積該Al2O3層於該表面上包含沉積厚度不超過10 nm之Al2O3層。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該除氣製程在700℃與850℃之間的溫度下執行。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該除氣製程係在氮氣環境中執行。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該除氣製程之持續時間在5分鐘與30分鐘之間。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含進一步針對矽太陽電池加工該結晶矽基板，至少部分包含在約400℃與900℃之間範圍內之溫度下加工。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該Al2O3層係藉由ALD(原子層沉積)在150℃與250℃之間範圍內之溫度下沉積。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該Al2O3層係藉 由PECVD(電漿增強化學氣相沉積)在150℃與350℃之間範圍內之溫度下沉積。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其係用於矽光伏打電池之後表面鈍化，其中金屬燒製製程在形成該Al2O3表面鈍化層之後且在用至少一層額外介電層覆蓋該表面鈍化層之後執行，該額外介電層在燒製期間形成針對金屬穿刺的障壁且改良該矽光伏打電池之背表面反射率。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該金屬燒製製程在高於835℃之溫度下執行。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在沉積該Al2O3層於該表面上之前藉助於產生親水性表面之清潔方法清潔該表面。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101889775B1 (ko) * 2012-09-27 2018-08-20 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
CN104037242B (zh) * 2013-03-06 2016-03-16 中美硅晶制品股份有限公司 光伏元件及其制造方法
US9575018B2 (en) * 2013-09-16 2017-02-21 Cerium Laboratories, Llc System and method for testing ceramic coatings
DE102013110421B4 (de) 2013-09-20 2020-07-30 Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verwendung einer strukturierten a-SiNx-Schicht
KR101507767B1 (ko) 2013-11-07 2015-04-07 충남대학교산학협력단 태양 전지 제조 방법
WO2015182503A1 (ja) * 2014-05-29 2015-12-03 京セラ株式会社 太陽電池素子およびその製造方法並びに太陽電池モジュール
NL2013298B1 (en) 2014-08-04 2016-09-21 Asm Int Nv A Photovoltaic cell with a passivation layer as well as a method for manufacturing such a photovoltaic cell.
JP6203986B2 (ja) 2015-05-27 2017-09-27 京セラ株式会社 太陽電池素子およびその製造方法
JP2017120873A (ja) 2015-12-25 2017-07-06 京セラ株式会社 絶縁性ペーストおよびその製造方法並びに太陽電池素子の製造方法
CN108713255B (zh) 2016-02-26 2021-12-21 京瓷株式会社 太阳能电池元件
EP3493272B1 (en) 2016-07-28 2022-04-27 Kyocera Corporation Solar cell element and method for manufacturing solar cell element
CN109216473B (zh) 2018-07-20 2019-10-11 常州大学 一种晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法
CN109585597A (zh) * 2018-10-12 2019-04-05 浙江爱旭太阳能科技有限公司 一种改善管式晶硅太阳能perc电池正面绕镀的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007054384A1 (de) * 2007-11-14 2009-05-20 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit einer oberflächenpassivierenden Dielektrikumdoppelschicht und entsprechende Solarzelle
KR20090100951A (ko) * 2008-03-21 2009-09-24 삼성전자주식회사 비휘발성 메모리 소자 및 그의 형성방법
EP2482328A2 (en) * 2011-01-31 2012-08-01 Imec Fabrication method for local back contact photovoltaic cells

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