[发明专利]一种多晶硅薄膜的制备方法及其产物和包含该多晶硅薄膜的太阳能电池

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种多晶硅薄膜的制备方法及其产物以及包含该产物的太阳能电池。

【背景技术】

多晶硅薄膜在太阳电池领域具有广泛的应用，尤其是在近年来发展迅速的隧穿氧化钝化背接触电极(TOPCon)太阳电池中。TOPCon电池采用N型硅片，硅片背面上覆盖一层厚度在2nm以下的超薄氧化硅层，然后再覆盖一层掺杂的多晶硅薄膜层。电池的背面结构依次为N型硅片/超薄隧穿氧化层/N+多晶硅层/金属电极层。当电池工作时，光生电子从N型硅衬底隧穿通过氧化硅进入掺杂多晶硅层中被外电路收集形成光电流。理论模拟和实验验证表明，获得高效TOPCon太阳电池的一个关键技术是制备背面高掺杂浓度的多晶硅层，同时能保证氧化硅层的完整性。

现有的制备此类高效太阳电池所需的多晶硅层的方法，包括热退火非晶硅晶化发法和直接沉积法，主要以热退火晶化非晶硅为主。

热退火晶化非晶硅制备多晶硅层的方法，通常为将非晶硅薄膜放置在氮气保护下850-900℃处理30-60min，使其充分晶化。经过该过程处理，非晶硅能够很好地结晶。

然而，此方法需要对非晶硅进行长时间的高温处理，容易造成杂质元素的扩散，例如对于TOPCon电池而言，用此方法制备背面N+多晶硅层时，就会使非晶硅薄膜中的磷杂质往二氧化硅层中扩散，破坏了氧化硅的完整性和钝化效果，从而降低器件性能。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种多晶硅薄膜的制备方法，能够减少非晶硅晶化过程杂质元素的扩散。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法的产物以及包含该产物的太阳能电池，多晶硅薄膜晶化充分，同时杂质元素含量低。

本发明的技术方案是：

一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括：(a)沉积非晶硅薄膜；(b)采用脉冲光照射上述非晶硅薄膜，使其晶化。利用脉冲光诱导晶化非晶硅的方法制备多晶硅薄膜，晶化效率高，处理温度低，处理时间短，可有效减少非晶硅薄膜中的元素扩散，减少对相邻层材料的破坏和影响，使器件获得较优性能。

进一步的，上述脉冲光的脉冲宽度为100-1000微秒，处理次数为1-10次，脉冲光处理时的衬底温度为50-550℃。优选地，所述脉冲光来自于氙灯。优选地，所述脉冲光的脉冲宽度为100-500微秒。优选地，所述脉冲光的处理次数为1-5次。优选地，所述脉冲光处理时的衬底温度为300-500℃。氙灯的光谱范围较宽，非晶硅又比较薄，须选择合适的脉冲光处理条件来实现晶化要求。现有的常规晶化方式为800-900度热退火30-60分钟，需高温工艺且处理时间长、不利于大面积连续晶化。本发明在衬底温度550度以下即可实现晶化要求。

进一步的，上述非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜或掺杂非晶硅薄膜。

进一步的，上述掺杂非晶硅薄膜为硼掺杂非晶硅薄膜或磷掺杂非晶硅薄膜。掺杂非晶硅薄膜通过脉冲光晶化处理能够更多地提高太阳能电池器件的性能，以磷掺杂非晶硅薄膜(n型)的晶化为例，通过脉冲光晶化处理能够有效提升磷杂质的掺杂效率，提高材料中的费米能级，进而提高太阳电池器件的开路电压(Voc)；同时，通过脉冲光晶化处理还可以提高材料的电导率(包括自由电子浓度和电子迁移率)，进而提升器件的填充因子(FF)。

进一步的，上述非晶硅薄膜的厚度为5-250nm。如果厚度太小，一般不能形成完整的p/n结，而厚度太大，会造成较高的寄生吸收和额外的串联电阻，不利于制作高效太阳电池，在本工艺中，优选地，所述非晶硅薄膜的厚度为10-100nm。优选地，所述非晶硅薄膜的厚度为20-50nm。

进一步的，所述(b)步骤中，在脉冲光照射之前，还包括衬底预热步骤，预热温度为100-400℃，预热时间为1-10min。采用预热步骤，不仅降低晶化所需的脉冲光能量，还可以减少了采用瞬间升温+脉冲晶化导致的薄膜龟裂、产生应力、引入缺陷等问题，保障了薄膜的质量。

进一步的，所述(b)步骤中，在脉冲光和非晶硅薄膜之间设有短波滤波片。对于较薄的非晶硅薄膜(50nm以下)，对光的吸收较弱，可以通过增加光脉冲的强度，或增加脉冲的宽度，及脉冲的次数来使其晶化，但通常情况下，氙灯的光谱较宽，没有被较薄的非晶硅吸收的长波光会被衬底吸收，从而使衬底加热，而温度过高时，会导致衬底及晶化非晶硅层相邻功能层性能降低。通过设置短波滤波片，使通过滤色片照射到样品的脉冲光只有短波，从而使得脉冲光只在非层硅层被吸收，减少对衬底或相邻功能层的影响，能够解决上述问题。