[发明专利]TOPCon电池中氧化硅和掺杂非晶硅膜层的制备方法

说明书

本发明涉及一种TOPCon电池中氧化硅和掺杂非晶硅膜层的制备方法，操作步骤，（1）将背刻蚀清洗后的硅片放到载板上进行预热，（2）通入SiH₄和N₂O或O₂作为反应气体，利用交流射频电源产生等离子体，SiH₄和N₂O反应进行氧化硅薄膜沉积；（3）通入氮气和氢气，并在等离子体激发条件下进行氢化处理；（4）氧化硅薄膜经过氢化处理之后，通入硅烷，在等离子体作用下进行本征非晶硅的沉积；（5）沉积完之后，通入硅烷和磷烷进行原位掺杂非晶硅的沉积，使得从内层到外层每层掺杂非晶硅的磷浓度逐渐降低，直到沉积完成最终所需的非晶硅膜层厚度。采用这种方式达到所需掺杂浓度同时避免了磷原子或硼原子穿透氧化层造成的硅基过度掺杂。

技术领域

本发明涉及TOPCon电池中使用的氧化硅+磷掺杂非晶硅膜层的制备方法，尤其涉及基于PECVD技术制备TOPCon电池中高质量氧化硅和掺杂非晶硅膜层的方法。

背景技术

采用钝化接触电池结构相比较于常规的N型PERT、PERL电池，最大的优势在于背面SiO_x/poly-Si结构避免了金属与硅基的直接接触，因此有效的降低了金属下的复合速率，提升了电池的开路电压；同时SiOx/poly-Si结构本身具有很好的钝化效果，在减少金属区钝化的同时也减少了钝化区的载流子复合，可谓一举两得。目前基于PECVD技术制备TOPCon电池中高质量氧化硅和掺杂非晶硅膜层存在两个急需解决的问题：

首先，制备TOPCon电池的工艺存在以下难点：1.隧穿氧化层，SiOx的生长质量对硅界面悬挂键的钝化非常重要，同时对隧穿氧化层厚度均匀性的要求很高，通常＞2nm的氧化层就不能使电子有效的隧穿。2.多晶硅生长，现有的多晶硅生长包括PECVD、LPCVD、PVD等，然后经过退火晶化成为多晶硅，但是多晶硅要求钝化质量好、缺陷少、晶化率高、均匀性好，对于要求高产能的光伏行业来说保证大产能的同时，保证poly-Si的均匀性和稳定性依然很难实现。3.掺杂非晶硅，poly的掺杂可以在poly沉积的同时实现原位掺杂，也可以在非晶硅沉积完成后进行扩散掺杂，但是需要求Poly-Si掺杂浓度达到一定量级保证场效应和金属化接触（一般＞2-4E20cm^-3），同时穿透氧化层到达硅基的浓度需要严格控制，以减少硅表面的俄歇复合。总体来说，目前制备TOPCon电池的工艺要求非常高，工艺参数控制需要非常严格。

其次，制备接触钝化结构（SiOx/doped-poly）存在如下的问题：常规的接触钝化结构（SiOx/doped-poly）制作流程大概为：热生长氧化硅层（退火炉）-生长多晶硅层（LPCVD设备）-多晶硅掺杂（扩散炉），通常需要三台设备并且多晶硅在电池的另一面绕镀需要专门的清洗设备去除，工艺复杂。另一种制备接触钝化结构的方法是基于PECVD设备，这种方法工艺时间短、可以实现原位掺杂、无绕镀；常规技术方案首先通过PECVD进行氧化硅的生长，然后沉积掺杂非晶硅，最后进行退火晶化。这种方法的局限之处在于：1.PECVD生长的氧化硅钝化质量较差，对硅片表面的悬挂键钝化不彻底，导致电子空穴复合电流密度的增加；2.非晶硅掺杂浓度在整个工艺流程中窗口低，若掺杂量高，在后续的退火晶化过程中容易穿透氧化硅层进入硅基引起复合的增加，掺杂浓度低又会导致接触电阻率较大，不利于外电路电子的导出，因此掺杂原子很难在多晶硅中保持较高的浓度而不掺杂硅基体中。

另外，针对工业化生产，晶体硅电池的极限效率在29%左右，目前TOPCon电池的量产世界纪录效率在24.48%。在电池效率接近理论极限的情况下效率的提升是非常困难的，仅0.01%的效率提升已经变得非常困难并且具有良好的产业化价值。

有鉴于上述现有的氧化硅和掺杂非晶硅膜层制备方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种TOPCon电池中氧化硅和掺杂非晶硅膜层的制备方法，提高生长更高钝化质量的氧化硅+磷掺杂非晶硅膜层，使其更具有实用性。

发明内容