一種pecvd沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，將經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝低溫沉積一層厚度為1~30nm的介電層薄膜；再次抽真空并升高沉積溫度，待溫度穩(wěn)定后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝高溫沉積一層厚度為50~100nm的介電層薄膜。本發(fā)明采用分步變溫沉積方式，先進(jìn)行低溫沉積同時使用較低的射頻電源功率，降低等離子體對硅片表面的轟擊作用；再進(jìn)行高溫沉積，同時使用較高的激勵源功率，增加氫原子的產(chǎn)生以及其在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散，此時由于低溫沉積層的保護(hù)，高能量密度等離子體并不會直接作用在硅片表面，從而實現(xiàn)硅片表面缺陷態(tài)密度的降低和氫鈍化的增強(qiáng)，降低載流子復(fù)合，提升太陽電池電性能。
【專利說明】—種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體硅太陽電池的制備領(lǐng)域，具體涉及一種太陽電池介電層沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造晶體硅太陽電池的過程中，需要經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)幾個主要過程。其中，鍍膜過程就是在已經(jīng)形成P-N結(jié)的硅片表面沉積上一層具有高介電常數(shù)的介電層薄膜，其主要作用有三個:1)減少電池表面光的反射；2)阻擋金屬離子和水蒸氣的擴(kuò)散；3)對硅片表面進(jìn)行鈍化，降低載流子復(fù)合。目前晶體硅太陽電池常用的表面介電層材料有氫化非晶氮化硅、氫化非晶氧化硅、氫化非晶硅和非晶三氧化二鋁。
[0003]晶體硅表面由內(nèi)部晶格規(guī)則結(jié)構(gòu)的中斷形成很多懸掛鍵，這些懸掛鍵在能帶中激發(fā)局域能級形成表面態(tài)，成為載流子的復(fù)合中心。通過在硅片表面沉積介電層，使硅片表面的懸掛鍵和薄膜中的原子結(jié)合，從而減少娃表面懸掛鍵，降低表面態(tài)密度和娃表面復(fù)合速率，實現(xiàn)硅片表面的化學(xué)鈍化。同時介電層中所含氫在硅片表面的化學(xué)鈍化中起到至關(guān)重要的作用，由于氫原子直徑很小，在薄膜沉積或者后續(xù)退火過程中能夠迅速擴(kuò)散到介電膜和娃的界面處，與表面娃懸掛鍵相互結(jié)合，降低表面態(tài)，減小娃表面復(fù)合速率。
[0004]PECVD即等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，是一種利用激勵源使稀釋反應(yīng)氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體對化學(xué)氣相沉積過程施加影響的技術(shù)，輝光放電產(chǎn)生的非平衡等離子體具有很高的能量，能夠?qū)⒎磻?yīng)的氣體分子激活，使原本高溫下才發(fā)生的反應(yīng)在低溫時就能發(fā)生。目前，晶體硅太陽電池制造過程中主要通過射頻PECVD技術(shù)來沉積硅片表面的介電層，然而，由于等離子體具有很高能量，在激活反應(yīng)氣體分子的同時還會對硅片表面造成一定的轟擊作用，導(dǎo)致硅片表面缺陷增多，載流子的復(fù)合速率增大，太陽電池電性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，可降低娃片表面缺陷態(tài)密度，增強(qiáng)氫鈍化，降低載流子復(fù)合。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法,包括以下步驟:
(1)將經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反應(yīng)氣體，力口射頻起輝，射頻功率為250(T4500W，沉積溫度為5(T350°C，沉積一層厚度為I?30nm的介電
層薄膜；
(2)再次抽真空并升高沉積溫度至35(T650°C，待溫度穩(wěn)定后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝，射頻功率為450(T8000W，沉積一層厚度為5(Tl00nm的介電層薄膜。
[0007]由于等離子體對硅片表面的轟擊作用以及氫原子在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散與沉積溫度和高頻電源功率有關(guān)。沉積溫度和射頻電源功率越高，等離子體能量密度越高，對硅片表面的轟擊越明顯，但對氫原子的產(chǎn)生以及其在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散越有利?；谏鲜鲈?，本發(fā)明采用分步變溫沉積方式，先進(jìn)行低溫沉積同時使用較低的射頻功率；再進(jìn)行高溫沉積，同時使用較高的射頻功率，實現(xiàn)硅片表面缺陷態(tài)密度的降低和氫鈍化的增強(qiáng)，降低載流子復(fù)合，提升太陽電池電性能，整體工藝簡單，適應(yīng)范圍廣。
[0008]進(jìn)一步，步驟(I)將硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為l?10slm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時間為l(T500s ;通過控制反應(yīng)氣體流量和沉積壓力提高所沉積薄膜的致密性和化學(xué)鈍化效果，通過控制沉積時間實現(xiàn)所需要的薄膜厚度。
[0009]優(yōu)選的，步驟(I)所述介電層薄膜為非晶氮化硅、非晶氧化硅、非晶硅或非晶氧化招。
[0010]優(yōu)選的，步驟(I)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣、三甲基鋁、氯化鋁、乙硅烷和氧氣中的一種或兩種。
[0011]進(jìn)一步，步驟(2)腔室內(nèi)壓力小于1-5Pa時開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為I?lOslm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時間為50(Tl000s ;通過控制反應(yīng)氣體流量和沉積壓力提高所沉積薄膜的致密性和氫鈍化效果，通過控制沉積時間實現(xiàn)所需要的薄膜厚度。
[0012]優(yōu)選的，步驟(2)中所述介電層薄膜為非晶氮化硅或非晶氧化硅。
[0013]優(yōu)選的，步驟(2)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣和乙硅烷中的兩種。
[0014]有益效果:本發(fā)明采用分步變溫沉積方式，先進(jìn)行低溫沉積同時使用較低的射頻電源功率，降低等離子體對硅片表面的轟擊作用；再進(jìn)行高溫沉積，同時使用較高的激勵源功率，增加氫原子的產(chǎn)生以及其在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散，此時由于低溫沉積層的保護(hù)，高能量密度等離子體并不會直接作用在硅片表面，從而實現(xiàn)硅片表面缺陷態(tài)密度的降低和氫鈍化的增強(qiáng)，降低載流子復(fù)合，提升太陽電池電性能。
【具體實施方式】
[0015]下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。
[0016]實施例1:一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法:
將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的多晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入硅烷和氨氣，混合氣體流量為6slm，沉積壓力為1300mTorr，沉積溫度為200°C，加3500W射頻起輝，沉積10s獲得一層厚度為7nm的非晶氮化硅薄膜；抽真空并升高沉積溫度至50(TC，待溫度穩(wěn)定后通入硅烷和氨氣，混合氣體流量為8slm,沉積壓力為1800mTorr，加5500W射頻起輝，沉積700s獲得一層厚度為76nm的非晶氮化硅薄膜。
[0017]將采用本實施例方法制備介電層薄膜的多個多晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的多晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對比，硅片平均表面復(fù)合速率從276cm/s降低到132cm/s、平均少子壽命從11 μ s增加到26 μ S，平均贗開路電壓從615mV增加到630mVo
[0018]實施例2:本發(fā)明的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法:
將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的單晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入三甲基鋁和氧氣，混合氣體流量為4slm，沉積壓力為1600mTorr，沉積溫度為300°C，加4000W射頻起輝，沉積80s獲得一層厚度為5nm的非晶氧化鋁薄膜；抽真空并升高沉積溫度至60(TC，待溫度穩(wěn)定后通入硅烷和氨氣，混合氣體流量為7slm,沉積壓力為1600mTorr，加5000W射頻起輝，沉積800s獲得一層厚度為78nm的非晶氮
化硅薄膜。
[0019]將采用本實施例方法制備介電層薄膜的多個單晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的單晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對比，硅片平均表面復(fù)合速率從246cm/s降低到96cm/s，平均少子壽命從18 μ s增加到42 μ s，平均贗開路電壓從648mV增加到675mV。
[0020]實施例3:將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的單晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于KT5Pa時開始通入笑氣和氯化鋁，混合氣體流量為Islm，沉積壓力為500mTorr，沉積溫度為50°C，加2500W射頻起輝，沉積1s獲得一層厚度為Inm的非晶氧化
鋁薄膜；
抽真空并升高沉積溫度至350°C，待溫度穩(wěn)定后通入笑氣和硅烷，混合氣體流量為lslm，沉積壓力為500mTorr，加4500W射頻起輝，沉積500s獲得一層厚度為50nm的非晶氧
化硅薄膜。
[0021]將采用本實施例方法制備介電層薄膜的多個多晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的多晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對比，硅片平均表面復(fù)合速率從340cm/s降低到230cm/s、平均少子壽命從10 μ s增加到23 μ s，平均贗開路電壓從612mV增加到628mV。
[0022]實施例4:將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的單晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入乙硅烷和氧氣，混合氣體流量為1slm，沉積壓力為2500mTorr，沉積溫度為350°C，加4500W射頻起輝，沉積500s獲得一層厚度為30nm的非晶
氧化硅薄膜；
抽真空并升高沉積溫度至650°C，待溫度穩(wěn)定后通入乙硅烷和笑氣中，混合氣體流量為lOslm，沉積壓力為2500mTorr，加8000W射頻起輝，沉積100s獲得一層厚度為10nm的非
晶氧化硅薄膜。
[0023]將采用本實施例方法制備介電層薄膜的多個單晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的單晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對比，硅片平均表面復(fù)合速率從190cm/s降低到85cm/s，平均少子壽命從25 μ s增加到50 μ s，平均贗開路電壓從651mV增加到680mVo
[0024]實施例5:將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的多晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入硅烷，混合氣體流量為5slm，沉積壓力為IlOOmTorr,沉積溫度為150°C，加3000W射頻起輝，沉積150s獲得一層厚度為1nm的非晶硅薄膜；
抽真空并升高沉積溫度至500°C，待溫度穩(wěn)定后通入氨氣和乙硅烷，混合氣體流量為6slm,沉積壓力為1900mTorr，加5000W射頻起輝，沉積800s獲得一層厚度為81nm的非晶氮化硅薄膜。
[0025]將采用本實施例方法制備介電層薄膜的多個多晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的多晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對比，硅片平均表面復(fù)合速率從290cm/s降低到215cm/s、平均少子壽命從11 μ s增加到24 μ s，平均贗開路電壓從616mV增加到63 ImVο
[0026]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)將經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反應(yīng)氣體，力口射頻起輝，射頻功率為250(T4500W，沉積溫度為5(T350°C，沉積一層厚度為I?30nm的介電層薄膜； (2)再次抽真空并升高沉積溫度至35(T650°C，待溫度穩(wěn)定后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝，射頻功率為450(T8000W，沉積一層厚度為5(Tl00nm的介電層薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(I)將硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為I?lOslm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時間為l(T500s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(I)所述介電層薄膜為非晶氮化硅、非晶氧化硅、非晶硅或非晶氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(I)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣、三甲基鋁、氯化鋁、乙硅烷和氧氣中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(2)腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為f 1slm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時間為50(Tl000s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(2)中所述介電層薄膜為非晶氮化硅或非晶氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(2)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣和乙硅烷中的兩種。
【文檔編號】C23C16/505GK104037264SQ201410258261
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】周肅, 勾憲芳, 黃鈞林, 范維濤, 黃青松 申請人:中節(jié)能太陽能科技（鎮(zhèn)江）有限公司