[发明专利]一种晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法

说明书

本发明公开了一种高效晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法，属于太阳能制造技术领域。本发明在p型晶硅电池的正面设有n⁺型掺杂层，分别对n⁺型掺杂层表面和p型硅衬底的背面p型层表面进行表界面钝化。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，在P型硅衬底正面n⁺层表面制备四叠层结构的钝化膜；采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和原子层沉积(ΑLD)在P型硅衬底背面p型层表面制备四叠层结构的钝化膜，本发明专利制备的叠层钝化层的结构顺序对钝化效果有着至关重要的作用，叠层之间存在相互协同作用，钝化后具有优异的减反效果，钝化效果好，在p型PERC电池中具有优异的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能制造技术领域，涉及一种高效晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法。具体涉及了一种针对P型晶硅电池通过正表面磷扩散形成n⁺/p结构，其正面和背面的表界面钝化方法。

背景技术

晶体硅太阳电池由于表界面缺陷以及表面悬挂键等导致光生载流子在表界面复合严重,从而导致太阳电池效率降低。太阳电池的有效少数载流子寿命τ_eff由硅片体寿命τ_bulk、上表面有效寿命τ_tsurface和背表面有效寿命τ_bsurface共同决定,其关系式为：1/τ_eff＝1/τ_bulk+1/τ_tsurface+1/τ_bsurface。随着低成本的需求，太阳电池片愈来愈薄，硅片厚度在160-180微米,硅片表面的有效寿命远小于体寿命，因此,表面复合对有效少子寿命的影响非常明显。表面态密度越高表面复合速率也将越大。要提高光生载流子的收集率就要降低表界面态密度,从而减小表界面复合。

为了提高晶硅电池效率，必须开发良好的表界面钝化技术来降低表界面的复合速度。晶体硅太阳电池表面钝化技术方法较多，如国际专利WO-Α-2006/110048(US-Α-2009/056800)公开了多层钝化膜结构，即在硅片表面先沉积氢化非晶硅薄膜(α-Si∶H)或氢化碳化硅(SiC∶H)，随后利用PECVD再沉积一层氮化硅(SiNx)薄膜。国际专利WO-Α-2007/055484和WO-Α-2008/07828公开了叠层钝化膜结构，包括一层SiOxNy(10-50nm厚)起钝化作用和SiNx(50-100nm厚)起减反作用。中国发明专利《一种晶硅电池钝化方法(201710304646.2)》公开了对扩散掺杂后的硅片先进行热氧化生成SiO₂钝化层，随后沉积第一层SiNx钝化膜；进行低温烧结，释放钝化膜内的氢；接着再沉积第二层SiNx钝化膜。国际专利US-Α-2010/032303公开了在硅片上先沉积一层非晶氢化硅(0.1-10nm)在氧气氛下快速加热转换成氧化硅，用来钝化晶硅表面。中国发明专利《单晶硅太阳能电池前表面用叠层复合钝化膜(201110027415.4)》公开了一种叠层钝化膜的结构，在太阳能电池单晶硅基体的前表面，依次生长氧化硅(SiO₂)薄膜、氢化非晶硅薄膜(α-Si∶H)和氮化硅(SiNx)薄膜。国际专利《Passivation layer structure of solar cell and fabricating method thereof(EP2 077 584 A2)》公开了一种晶硅表面的叠层钝化膜结构，包括热氧SiO₂/氧化层(ZnO或Αl₂O₃等)；国际专利《PΑSSIVΑTION FILM,COΑTING MΑTERIΑL,SOLΑR-CELL ELEMENT,ΑND SILICON SUBSTRΑTE WITH PΑSSIVΑTION FILM ΑTTΑCHED THERETO(EP 2 876 690Α1)》公开了一种晶硅表面的叠层钝化膜结构，包括Αl₂O₃和氧化铌)；国际专利《Passivation process for solar cell fabrication(US8 168 462 B2》公开了在硅片背面先等离子体氧化晶硅衬底形成SiO₂，再沉积SiNx薄膜；国际专利《Passivationprocessfor solar cell fabrication(US8 168 462 B2》公开了在硅片背面先等离子体氧化晶硅衬底形成SiO₂，再沉积SiNx薄膜；国际专利《Method of manufacturing crystallinesilicon solar cells(US8 709 853 B2》公开了在硅片前后表面先利用热氧化工艺形成SiO₂层，再利用PECVD沉积SiNx薄膜；国际专利《Optical passivation film,method formanufacturing the same,and solar cell(US20130125961A1)》公开了利用喷雾方法制备一种光学钝化薄膜Ti_i-xΑl_xO_y；国际专利《Passivation film stack for silicon-basedsolar cells(WO2013123225A1)公开了一种叠层钝化膜结构Αl₂O₃/SiNx降低薄膜中的氢含量，避免薄膜中出现气泡；中国发明专利《一种晶硅太阳能电池钝化工艺中的硅片表面处理方法(201410611092.7)》通过一定配比的氢氟酸/硫酸/硝酸作为一次处理液和二次处理液，用于电池生产过程的扩散和钝化工艺之间，钝化工艺采用Αl₂O₃单层或Αl₂O₃/SiNx双层钝化膜。国际专利《Method,apparatus,and systems for passivation of solar cellsand other semiconductor devices(WO2015/039128 A2)》公开了在晶硅电池前表面沉积SiOx/SiNx起到钝化和减反作用，背面沉积SiOx起到背面钝化作用；中国发明专利《一种晶硅太阳能电池的制造工艺(201610174023.3)》用原子层沉积以及等离子体原子层沉积制造SiO₂、Αl₂O₃、SiNx等材料的叠层薄膜对晶硅电池的正反两面同时进行钝化处理。电池片的两个表面形成SiO₂/Αl₂O₃/SiNx叠层薄膜。