[发明专利]一种氧化钼薄膜制备方法及以氧化钼薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳电池

说明书

本发明涉及一种氧化钼薄膜制备方法及以该方法制备的氧化钼薄膜作为空穴传输层的晶硅异质结太阳电池，属于半导体薄膜制备和光伏技术领域。本专利所述的氧化钼薄膜制备方法为真空热丝氧化升华沉积法，该工艺具有原材料选取简单，消耗量少，无需衬底加热，工艺参数可控性高，薄膜纯度高等优点；本专利所述方法制备的氧化钼薄膜材料具有：材料分布均匀，表面光滑，光透率较高的特点。以本发明提供的以真空热丝氧化升华沉积法制备的氧化钼薄膜作为空穴选择层的新型硅异质结太阳电池的光电转化效率＞20％。

技术领域

本发明涉及一种氧化钼薄膜的制备方法及以该方法制备的氧化钼薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳电池，属于半导体薄膜材料制备及光伏应用技术领域。

背景技术

新型无掺杂非对称硅异质结太阳电池自问世以来，受到光伏界的极大关注。其利用过渡金属氧化物或金属卤化物作为载流子选择传输层，代替N型或者P型重掺杂硅薄膜层，能够有效避免磷烷和硼烷等易燃易爆、有毒有害气体的使用。其中，氧化钼因其具有较大的功函数，作为空穴选择传输层被广泛地应用于新型无掺杂非对称硅异质结太阳电池的研究中。目前，氧化钼空穴选择传输层的制备方法主要有：热蒸发、电子束激发、溶液法等；然而，这些制备方法都存在一定的技术局限性。如：热蒸发使用的原材料为高纯氧化钼粉末，在薄膜制备过程中，易造成原材料的飞溅，不仅浪费原材料，还容易在腔体中滞留大量的残余粉末，而且制备的薄膜往往不够致密和均匀；电子束蒸发技术也具有与热蒸发类似的局限性；采用溶液法合成氧化钼材料，其制备过程较难控制，材料性能易受到环境因素影响，特别是在有陷光结构的衬底上成膜的厚度和均匀性难以控制。以上问题使得这些制备方法都不利于氧化钼薄膜的大面积生产和新型异质结电池的大规模产业化。

发明内容

本发明提出一种基于热丝氧化升华沉积的氧化钼薄膜的制备方法，目的是避免蒸发过程中原材料的浪费，实现材料制备过程中各参数的高效控制，得到质量更优的氧化钼薄膜，有利于实现大规模生产。本发明还提出了一种以热丝氧化升华沉积的氧化钼薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳电池的制备方法，具有高效、低成本潜力。

本发明提出的真空热丝氧化升华沉积法(示意图见附图1)，其制备原理为：在高真空环境中，对高纯钼丝通入电流，使其温度升高，并与随后通入的氧气发生氧化反应，在热丝表面生成氧化钼并发生升华，在衬底上得到高质量的氧化钼薄膜。采用真空热丝氧化升华沉积法制备氧化钼薄膜包括如下步骤：

(1)对将要沉积氧化钼薄膜的衬底(包括硅片、玻璃、陶瓷等常用衬底)进行清洗。硅片衬底可采用半导体工艺常规的RCA标准清洗，硅片可以是抛光硅片或带有陷光结构的硅片。

(2)将步骤(1)得到的清洗干净的衬底置于真空热丝氧化升华沉积设备腔体中(可采用反应热蒸发设备)，用挡板遮挡样品，将高纯钼丝(直径0.5～2mm，纯度99.99％)的两端固定在电极上。

(3)对腔体抽真空，在真空度达到＜4×10^-4Pa后，向腔体内缓慢通入高纯氧气，氧气流量在1-50sccm之间，气压(P₁)在0.1-10Pa之间，缓慢增加热丝电流值，使钼丝温度达到500-1300℃，使得此时的气压(P₂)比(P₁)低约0.01-5Pa。

(4)待热丝温度、气压等各参数稳定后，打开样品挡板，薄膜沉积开始，通过控制时间来控制薄膜厚度，待沉积结束后，使挡板遮挡样品，关闭氧气，将热丝电流调至零，氧化钼薄膜沉积完毕。

本发明制备的氧化钼薄膜可用作晶硅异质结太阳电池的空穴传输层，硅异质结电池的具体结构，从上到下依次为：阴极、减反层、发射极、正面钝化层、N型单晶硅衬底、背表面钝化层、空穴选择层(氧化钼薄膜)和阳极，结构示意图见附图2。以氧化钼薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳电池的制备包括以下步骤：