專利名稱：介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池片及硅片氫離子注入技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法。
背景技術(shù)：
晶體硅是目前應(yīng)用最為廣泛的太陽(yáng)能電池材料，但單晶硅特別是多晶硅中存在大量深能級(jí)復(fù)合中心(SHR)復(fù)合中心，制約了器件轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升。氫鈍化可提高硅片少子壽命和電池片的轉(zhuǎn)換效率。目前實(shí)現(xiàn)氫鈍化的方法有1. PECVD源的氫等離子體注入此法離子能量小，在幾個(gè)eV數(shù)量級(jí)。離子穿透能力弱，應(yīng)用前景有限。2. PECVD制備Si3N4膜在太陽(yáng)能電池表面制備Si3N4非晶硅薄膜有兩個(gè)作用首先，SOnm左右的薄膜可以起到可見(jiàn)光的減反射作用；其次，Si3N4非晶硅薄膜富氫，氫在一定的熱處理(350°C)條件下可以向基體內(nèi)擴(kuò)散。主要工藝缺點(diǎn)工藝處在兩步高溫處理之前， 后續(xù)高溫處理(超過(guò)400°C)會(huì)造成氫的析出。且此法注入深度有限，對(duì)于已經(jīng)鍍膜的電池片沒(méi)有效果。3.離子槍注入需要離子源(如考夫曼、霍爾等離子源)和離子約束加速電場(chǎng)?？梢钥刂谱⑷肽芰?、注入?yún)^(qū)域、注入方向和通量，缺點(diǎn)包括產(chǎn)能小，真空度要求高，設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，常用于半導(dǎo)體行業(yè)摻雜。4.大壓強(qiáng)高溫退火在GI^a級(jí)別壓強(qiáng)的氫氣氛中實(shí)施退火。該法一次可處理大批量硅片，缺點(diǎn)是設(shè)備要求高，工作氣體為高壓氫氣，易燃易爆。加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(以小時(shí)計(jì))。5.等離子浸沒(méi)離子注入(PIII)廣泛用于金屬材料表面改性。注入部件由離子源 (ECR或ICP)和kV級(jí)別脈沖加速電壓構(gòu)成。是目前較為理想的氫離子注入方法。該方法在性能和真空系統(tǒng)條件上與本文的方法比較接近，但等離子的產(chǎn)生原理和電源有較大差別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單，可以直接對(duì)制備完成的電池片進(jìn)行處理，處理時(shí)間短的介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法，具有如下步驟1)將制作完成的晶體硅太陽(yáng)能電池片的SiNx面朝上置于作為樣品臺(tái)的下金屬電極上，并通過(guò)抽真空系統(tǒng)將容腔抽至一定真空；2)通過(guò)氫氣源向容腔(4)通入氫氣并調(diào)節(jié)壓強(qiáng)至0. I-IOmTorr ；3)打開激勵(lì)電源，緩慢升高電壓使作為工作介質(zhì)的氫發(fā)生輝光放電；4)調(diào)節(jié)激勵(lì)電源的電壓和頻率使氫離子獲得足夠能量而又不會(huì)損傷31隊(duì)膜，進(jìn)行氫等離子鈍化處理。激勵(lì)電源⑴為500至IOkV的正弦交流電，頻率500Hz-20kHz，氫等離子鈍化處理時(shí)間是I-IOmin0在步驟4中，為消除注入造成的晶格損傷，可以對(duì)所處理電池片施加300-350°C的加熱。為提高等離子高能部分的產(chǎn)額，可以用納秒脈沖電源取代正弦波電源。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有的技術(shù)比較1)PECVD制備Si3N4膜技術(shù)不適合電池片的直接處理，且后加工過(guò)程會(huì)造成氫解析。相應(yīng)地，本發(fā)明可以直接對(duì)制備完成的電池片進(jìn)行處理。2)離子槍注入技術(shù)設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)雜，產(chǎn)能小，不適合太陽(yáng)能電池生產(chǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，設(shè)備復(fù)雜程度和產(chǎn)能甚至優(yōu)于現(xiàn)有的PECVD裝置?；肞ECVD源的氫等離子體注入、PECVD制備Si3N4膜、大壓強(qiáng)高溫退火技術(shù)加工時(shí)間都過(guò)長(zhǎng)，以小時(shí)計(jì)，應(yīng)用也受到制約。本發(fā)明處理時(shí)間只需1-lOmin。4)等離子浸沒(méi)離子注入(PIII)技術(shù)加工時(shí)間短，離子密度、注入深度和通量都可控，已比較理想，特別是離子能量可達(dá)4000eV。本發(fā)明在同樣離子狀態(tài)和處理效果的情況下，不需要外加激勵(lì)源(ICP或ECR)，另外加速電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)也可采用較易實(shí)現(xiàn)的正弦電源。較等離子浸沒(méi)離子注入(PIII)技術(shù)，本發(fā)明設(shè)備要求相對(duì)簡(jiǎn)單。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明；圖1是本發(fā)明的氫等離子鈍化設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1.激勵(lì)電源，2.上金屬電極，3.阻擋介質(zhì)，4.容腔，5.樣品，6.下金屬電極。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用介質(zhì)阻擋放電的方法作為等離子產(chǎn)生方式和注入手段，其設(shè)備簡(jiǎn)圖請(qǐng)參見(jiàn)圖1。本發(fā)明的介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化設(shè)備的組成為包括容腔4、氫氣源、抽真空系統(tǒng)、用于產(chǎn)生介質(zhì)阻擋放電的激勵(lì)電源1、和兩塊上下配制的上金屬電極2和下金屬電極 6。容腔4為可抽真空的、內(nèi)壁涂覆絕緣介質(zhì)的金屬腔體。腔體需附帶各種氣源及其附屬閥件和流量控制裝置。氫氣源、抽真空系統(tǒng)與容腔4內(nèi)部連通。一對(duì)平行的上金屬電極2和下金屬電極6設(shè)置在容腔4內(nèi)與激勵(lì)電源1連接，上金屬電極2表面覆蓋阻擋介質(zhì)3，下金屬電極6表面同樣覆蓋有阻擋介質(zhì)3，上、下金屬電極 2、6的相對(duì)的表面覆蓋的兩塊阻擋介質(zhì)3之間的氣隙寬度控制在5-10mm。阻擋介質(zhì)3的材質(zhì)可以采用玻璃、氧化鋁、石英等絕緣材料，介電常數(shù)越大，起輝電壓越低。其中下金屬電極 6表面的阻擋介質(zhì)3不是必需的，下金屬電極6可以直接作為樣平臺(tái)。激勵(lì)電源1為脈沖電壓源或者正弦電壓源。根據(jù)需要激勵(lì)電壓可以選擇l_20kV， 電源頻率在IkHz至IOOkHz可選。需加工的樣品指太陽(yáng)能電池片和硅片。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下1)打開金屬腔體，將待處理樣品5放置在樣品臺(tái)上，根據(jù)設(shè)計(jì)樣品臺(tái)可以是下金屬電極6或者下金屬電極6上的阻擋介質(zhì)3。2)合上金屬腔體，打開抽真空系統(tǒng)，將金屬腔體內(nèi)真空度抽至0. OlmTorr ；3)打開氫氣源，持續(xù)通氣lmin，調(diào)節(jié)閥件，將系統(tǒng)壓強(qiáng)保持在0. I-IOmTorr ；4)打開激勵(lì)電源1，調(diào)節(jié)電源電壓5000V以上直至起輝(視氣隙寬度和阻擋介質(zhì)材料該數(shù)值需有相應(yīng)調(diào)整)；5)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)碾妷汉蛪簭?qiáng)連續(xù)反應(yīng)I-IOmin。在0. I-IOmTorr的氣壓下，分子和離子的自由程數(shù)量級(jí)略小于5mm，因此認(rèn)為多于一半的離子在發(fā)生一次碰撞前可以運(yùn)動(dòng)到器壁，假設(shè)外加的電源電壓峰值為U = 4kV，則電子和單價(jià)離子在此電場(chǎng)加速下能量最大可達(dá)4keV級(jí)別。實(shí)際上當(dāng)介質(zhì)阻擋放電發(fā)生時(shí)，部分離子實(shí)際得到的加速能量可能高過(guò)4keV。本方法從離子能量角度可以實(shí)現(xiàn)用等離子浸沒(méi)方法(PIII)達(dá)到的條件，并且可以不使用ECR或ICP等離子源和目前比較結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的脈沖加速電源。實(shí)施例1 本實(shí)施例中先將系統(tǒng)的腔體內(nèi)真空度抽至0. OlmTorr，然后將氫氣引入并將壓強(qiáng)升至2mTorr，然后通過(guò)激勵(lì)電源對(duì)系統(tǒng)施加電壓4kV、頻率IOkHz的正弦交流電源。實(shí)施例中，無(wú)需對(duì)樣品臺(tái)施加額外熱源，因離子轟擊的原因，樣品5本身溫度可達(dá)80°C以上。等離子處理時(shí)間lOmin。本實(shí)施例中處理的樣品5是P型多晶硅電池片。其原始P型硅片多晶硅片電阻率在0. 5-3Qcm。電池片的制備過(guò)程基本如下先對(duì)硅片進(jìn)行制絨，使硅片表面生成金字塔形狀的絨面；在900°C下用POCl3對(duì)制絨面進(jìn)行擴(kuò)散燒結(jié)；清洗后再對(duì)擴(kuò)散面用 PECVD鍍制SOnm左右的非晶SiN:H減反射膜；最后進(jìn)行絲網(wǎng)印刷并進(jìn)行850°C的燒結(jié)。實(shí)施例2 本實(shí)施例針對(duì)的是P型襯底單晶電池片。電池片制備工藝與實(shí)施例1的多晶電池片基本相同，等離子處理工藝和主要條件也一致。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法，其特征是具有如下步驟1)將制作完成的晶體硅太陽(yáng)能電池片的SiNx面朝上置于作為樣品臺(tái)的下金屬電極 (6)上，并通過(guò)抽真空系統(tǒng)將容腔(4)抽至一定真空；2)通過(guò)氫氣源向容腔(4)通入氫氣并調(diào)節(jié)壓強(qiáng)至0.I-IOmTorr ；3)打開激勵(lì)電源(1)，緩慢升高電壓使作為工作介質(zhì)的氫發(fā)生輝光放電；4)調(diào)節(jié)激勵(lì)電源(1)的電壓和頻率使氫離子獲得足夠能量而又不會(huì)損傷SiNx膜，進(jìn)行氫等離子鈍化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法，其特征是所述的激勵(lì)電源(1)為500至IOkV的正弦交流電，頻率500Hz-20kHz，氫等離子鈍化處理時(shí)間是l-10min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法，其特征是在步驟4中對(duì)所處理電池片施加300-350°C的加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法，其特征是所述的激勵(lì)電源(1)為納秒脈沖電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)阻擋放電氫等離子鈍化方法。該鈍化方法是將樣品置于樣品臺(tái)上，并通過(guò)抽真空系統(tǒng)將容腔抽至一定真空；通過(guò)氫氣源向容腔通入氫氣并調(diào)節(jié)至一定壓強(qiáng)；通過(guò)介質(zhì)阻擋放電進(jìn)行氫等離子鈍化處理。與現(xiàn)有的技術(shù)比較本發(fā)明可以直接對(duì)制備完成的電池片進(jìn)行處理，設(shè)備簡(jiǎn)單，處理時(shí)間短。與等離子浸沒(méi)離子注入(PIII)技術(shù)相比，在同樣離子狀態(tài)和處理效果下，不需要外加ICP或ECR激勵(lì)源，另外加速電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)也可采用較易實(shí)現(xiàn)的正弦電源。
文檔編號(hào)C30B31/22GK102206866SQ20111011178
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月30日
發(fā)明者付少永, 劉振淮, 張馳, 熊震, 黃振飛 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司