[发明专利]一种晶硅太阳电池的热氧化方法

说明书

本发明涉及太阳电池领域，公开了一种晶硅太阳电池的热氧化方法，本发明方法对氮流量、氧流量、通气时间、压力和温度采用了特定的阶梯式控制，能够有效地在晶硅太阳电池表面生长一层均匀、高质量的SiO钝化膜，使硅片表面晶格缺陷和悬挂键缺陷能很好的修复，并能将硅片表面磷扩散曲线发生再分布作用，使磷原子化学浓度与有效磷原子浓度比值减小，提高少子寿命，从而来提高晶硅电池片的转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种晶硅太阳电池的热氧化方法。

背景技术

随着晶体硅太阳电池技术的发展，良好的表面钝化成为制备高效电池必不可少的条件。表面钝化就是降低半导体的表面活性，使表面的复合速率降低，其主要的方式是饱和半导体表面处的悬挂键，降低表面活性，增加表面的清洁程度，避免由于杂质在表面层的引入而形成复合中心，以此来降低少数载流子的表面复合速率，使器件稳定工作。

适用于太阳电池表面钝化的措施一般有以下四个方面：表面悬挂键饱和钝化、发射结钝化、发射结氧化钝化和场钝化。其中表面悬挂键饱和钝化在传统晶硅太阳电池上采用的是PECVD镀SINx膜进行表面钝化，其工艺流程为制绒→磷扩散→刻蚀→PECVD正面镀膜→ALD→PECVD背面镀膜→激光开槽→印刷烧结，但PECVD沉积的SiNx与Si的晶格匹配性较差，导致SiNx/Si界面缺陷密度较高，从而使得晶硅太阳电池转换效率不能进一步提升。

目前，为了达到理想的钝化效果，开始有采用热氧化法生长SiO₂钝化薄膜。是因为SiO₂是由Si-O四面体组成，四面体的中心是硅原子，四个顶角上是氧原子，顶角上的四个氧原子刚好满足了硅原子的化合价，与Si表面具有良好的匹配性，其工艺流程为制绒→磷扩散→刻蚀→热氧化→PECVD正面镀膜→ALD→PECVD背面镀膜→激光开槽→印刷烧结，在热氧化的反应过程中，大量的氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO₂薄膜，该薄膜可降低悬挂键的密度，能够很好地控制界面陷阱和固定电荷。此外高质量SiO₂薄膜可把表面态密度降低到100cm2，Si-SiO₂界面的复合速率也可以降到100cm/s以下，从而降低了悬挂键的密度，起到了表面钝化作用，从而提高太阳电池的开路电压和短路电流。

该热氧化钝化硅片表面的方法是在恒温恒压条件下，用干燥纯净的氧气直接与硅片表面的不饱和硅原子结合形成SiO₂，为了保证氧化炉炉管内的压力平衡，同时使氧气均匀分布在炉管内，在氧化阶段同时通入保护气体N₂，在热氧化过程中，氧原子穿过氧化膜层向SiO₂-Si界面运动并与硅原子进行反应，生长过程如下：氧原子先与硅片外表面的硅原子反应，生成初始氧化层，此后初始氧化层阻止氧原子与硅表面的接触，氧原子以扩散的方式通过氧化层，到达SiO₂-Si界面，与硅片外表面内层的硅原子反应，生成新的氧化层。但当SiO₂的厚度增长到一定程度后，氧原子扩散到SiO₂-Si界面的速度也将变慢，如果在此热氧化过程中，氧化工艺设计不合理，会导致硅片表面不能均匀充分生长SiO₂膜，得不到高质量的SiO钝化膜，从而使硅片表面晶硅缺陷和悬挂键不能得到很好的修复，钝化效果变差，使晶硅电池转换效率受损失。

对此，开发一种新热氧化工艺既能保证硅片表面生长一层均匀、高质量的SiO₂钝化膜，达到良好的钝化效果，又能解决硅片表面晶格以及悬挂键多的问题，还能将硅片表面磷扩散曲线发生再分布作用，使磷原子化学浓度与有效磷原子浓度比值减小，提高少子寿命，从而来提高晶硅电池片的转换效率尤为关键。

发明内容