一種pecvd沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，將經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝低溫沉積一層厚度為1~30nm的介電層薄膜；再次抽真空并升高沉積溫度，待溫度穩(wěn)定后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝高溫沉積一層厚度為50~100nm的介電層薄膜。本發(fā)明采用分步變溫沉積方式，先進(jìn)行低溫沉積同時(shí)使用較低的射頻電源功率，降低等離子體對(duì)硅片表面的轟擊作用；再進(jìn)行高溫沉積，同時(shí)使用較高的激勵(lì)源功率，增加氫原子的產(chǎn)生以及其在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散，此時(shí)由于低溫沉積層的保護(hù)，高能量密度等離子體并不會(huì)直接作用在硅片表面，從而實(shí)現(xiàn)硅片表面缺陷態(tài)密度的降低和氫鈍化的增強(qiáng)，降低載流子復(fù)合，提升太陽電池電性能。
【專利說明】—種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體硅太陽電池的制備領(lǐng)域，具體涉及一種太陽電池介電層沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造晶體硅太陽電池的過程中，需要經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)幾個(gè)主要過程。其中，鍍膜過程就是在已經(jīng)形成P-N結(jié)的硅片表面沉積上一層具有高介電常數(shù)的介電層薄膜，其主要作用有三個(gè):1)減少電池表面光的反射；2)阻擋金屬離子和水蒸氣的擴(kuò)散；3)對(duì)硅片表面進(jìn)行鈍化，降低載流子復(fù)合。目前晶體硅太陽電池常用的表面介電層材料有氫化非晶氮化硅、氫化非晶氧化硅、氫化非晶硅和非晶三氧化二鋁。
[0003]晶體硅表面由內(nèi)部晶格規(guī)則結(jié)構(gòu)的中斷形成很多懸掛鍵，這些懸掛鍵在能帶中激發(fā)局域能級(jí)形成表面態(tài)，成為載流子的復(fù)合中心。通過在硅片表面沉積介電層，使硅片表面的懸掛鍵和薄膜中的原子結(jié)合，從而減少娃表面懸掛鍵，降低表面態(tài)密度和娃表面復(fù)合速率，實(shí)現(xiàn)硅片表面的化學(xué)鈍化。同時(shí)介電層中所含氫在硅片表面的化學(xué)鈍化中起到至關(guān)重要的作用，由于氫原子直徑很小，在薄膜沉積或者后續(xù)退火過程中能夠迅速擴(kuò)散到介電膜和娃的界面處，與表面娃懸掛鍵相互結(jié)合，降低表面態(tài)，減小娃表面復(fù)合速率。
[0004]PECVD即等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，是一種利用激勵(lì)源使稀釋反應(yīng)氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體對(duì)化學(xué)氣相沉積過程施加影響的技術(shù)，輝光放電產(chǎn)生的非平衡等離子體具有很高的能量，能夠?qū)⒎磻?yīng)的氣體分子激活，使原本高溫下才發(fā)生的反應(yīng)在低溫時(shí)就能發(fā)生。目前，晶體硅太陽電池制造過程中主要通過射頻PECVD技術(shù)來沉積硅片表面的介電層，然而，由于等離子體具有很高能量，在激活反應(yīng)氣體分子的同時(shí)還會(huì)對(duì)硅片表面造成一定的轟擊作用，導(dǎo)致硅片表面缺陷增多，載流子的復(fù)合速率增大，太陽電池電性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，可降低娃片表面缺陷態(tài)密度，增強(qiáng)氫鈍化，降低載流子復(fù)合。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法,包括以下步驟:
(1)將經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反應(yīng)氣體，力口射頻起輝，射頻功率為250(T4500W，沉積溫度為5(T350°C，沉積一層厚度為I?30nm的介電
層薄膜；
(2)再次抽真空并升高沉積溫度至35(T650°C，待溫度穩(wěn)定后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝，射頻功率為450(T8000W，沉積一層厚度為5(Tl00nm的介電層薄膜。
[0007]由于等離子體對(duì)硅片表面的轟擊作用以及氫原子在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散與沉積溫度和高頻電源功率有關(guān)。沉積溫度和射頻電源功率越高，等離子體能量密度越高，對(duì)硅片表面的轟擊越明顯，但對(duì)氫原子的產(chǎn)生以及其在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散越有利?；谏鲜鲈?，本發(fā)明采用分步變溫沉積方式，先進(jìn)行低溫沉積同時(shí)使用較低的射頻功率；再進(jìn)行高溫沉積，同時(shí)使用較高的射頻功率，實(shí)現(xiàn)硅片表面缺陷態(tài)密度的降低和氫鈍化的增強(qiáng)，降低載流子復(fù)合，提升太陽電池電性能，整體工藝簡單，適應(yīng)范圍廣。
[0008]進(jìn)一步，步驟(I)將硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為l?10slm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時(shí)間為l(T500s ;通過控制反應(yīng)氣體流量和沉積壓力提高所沉積薄膜的致密性和化學(xué)鈍化效果，通過控制沉積時(shí)間實(shí)現(xiàn)所需要的薄膜厚度。
[0009]優(yōu)選的，步驟(I)所述介電層薄膜為非晶氮化硅、非晶氧化硅、非晶硅或非晶氧化招。
[0010]優(yōu)選的，步驟(I)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣、三甲基鋁、氯化鋁、乙硅烷和氧氣中的一種或兩種。
[0011]進(jìn)一步，步驟(2)腔室內(nèi)壓力小于1-5Pa時(shí)開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為I?lOslm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時(shí)間為50(Tl000s ;通過控制反應(yīng)氣體流量和沉積壓力提高所沉積薄膜的致密性和氫鈍化效果，通過控制沉積時(shí)間實(shí)現(xiàn)所需要的薄膜厚度。
[0012]優(yōu)選的，步驟(2)中所述介電層薄膜為非晶氮化硅或非晶氧化硅。
[0013]優(yōu)選的，步驟(2)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣和乙硅烷中的兩種。
[0014]有益效果:本發(fā)明采用分步變溫沉積方式，先進(jìn)行低溫沉積同時(shí)使用較低的射頻電源功率，降低等離子體對(duì)硅片表面的轟擊作用；再進(jìn)行高溫沉積，同時(shí)使用較高的激勵(lì)源功率，增加氫原子的產(chǎn)生以及其在介電膜和硅的界面處的擴(kuò)散，此時(shí)由于低溫沉積層的保護(hù)，高能量密度等離子體并不會(huì)直接作用在硅片表面，從而實(shí)現(xiàn)硅片表面缺陷態(tài)密度的降低和氫鈍化的增強(qiáng)，降低載流子復(fù)合，提升太陽電池電性能。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0016]實(shí)施例1:一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法:
將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的多晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入硅烷和氨氣，混合氣體流量為6slm，沉積壓力為1300mTorr，沉積溫度為200°C，加3500W射頻起輝，沉積10s獲得一層厚度為7nm的非晶氮化硅薄膜；抽真空并升高沉積溫度至50(TC，待溫度穩(wěn)定后通入硅烷和氨氣，混合氣體流量為8slm,沉積壓力為1800mTorr，加5500W射頻起輝，沉積700s獲得一層厚度為76nm的非晶氮化硅薄膜。
[0017]將采用本實(shí)施例方法制備介電層薄膜的多個(gè)多晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的多晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對(duì)比，硅片平均表面復(fù)合速率從276cm/s降低到132cm/s、平均少子壽命從11 μ s增加到26 μ S，平均贗開路電壓從615mV增加到630mVo
[0018]實(shí)施例2:本發(fā)明的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法:
將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的單晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入三甲基鋁和氧氣，混合氣體流量為4slm，沉積壓力為1600mTorr，沉積溫度為300°C，加4000W射頻起輝，沉積80s獲得一層厚度為5nm的非晶氧化鋁薄膜；抽真空并升高沉積溫度至60(TC，待溫度穩(wěn)定后通入硅烷和氨氣，混合氣體流量為7slm,沉積壓力為1600mTorr，加5000W射頻起輝，沉積800s獲得一層厚度為78nm的非晶氮
化硅薄膜。
[0019]將采用本實(shí)施例方法制備介電層薄膜的多個(gè)單晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的單晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對(duì)比，硅片平均表面復(fù)合速率從246cm/s降低到96cm/s，平均少子壽命從18 μ s增加到42 μ s，平均贗開路電壓從648mV增加到675mV。
[0020]實(shí)施例3:將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的單晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于KT5Pa時(shí)開始通入笑氣和氯化鋁，混合氣體流量為Islm，沉積壓力為500mTorr，沉積溫度為50°C，加2500W射頻起輝，沉積1s獲得一層厚度為Inm的非晶氧化
鋁薄膜；
抽真空并升高沉積溫度至350°C，待溫度穩(wěn)定后通入笑氣和硅烷，混合氣體流量為lslm，沉積壓力為500mTorr，加4500W射頻起輝，沉積500s獲得一層厚度為50nm的非晶氧
化硅薄膜。
[0021]將采用本實(shí)施例方法制備介電層薄膜的多個(gè)多晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的多晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對(duì)比，硅片平均表面復(fù)合速率從340cm/s降低到230cm/s、平均少子壽命從10 μ s增加到23 μ s，平均贗開路電壓從612mV增加到628mV。
[0022]實(shí)施例4:將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的單晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入乙硅烷和氧氣，混合氣體流量為1slm，沉積壓力為2500mTorr，沉積溫度為350°C，加4500W射頻起輝，沉積500s獲得一層厚度為30nm的非晶
氧化硅薄膜；
抽真空并升高沉積溫度至650°C，待溫度穩(wěn)定后通入乙硅烷和笑氣中，混合氣體流量為lOslm，沉積壓力為2500mTorr，加8000W射頻起輝，沉積100s獲得一層厚度為10nm的非
晶氧化硅薄膜。
[0023]將采用本實(shí)施例方法制備介電層薄膜的多個(gè)單晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的單晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對(duì)比，硅片平均表面復(fù)合速率從190cm/s降低到85cm/s，平均少子壽命從25 μ s增加到50 μ s，平均贗開路電壓從651mV增加到680mVo
[0024]實(shí)施例5:將已經(jīng)進(jìn)行過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的多晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入硅烷，混合氣體流量為5slm，沉積壓力為IlOOmTorr,沉積溫度為150°C，加3000W射頻起輝，沉積150s獲得一層厚度為1nm的非晶硅薄膜；
抽真空并升高沉積溫度至500°C，待溫度穩(wěn)定后通入氨氣和乙硅烷，混合氣體流量為6slm,沉積壓力為1900mTorr，加5000W射頻起輝，沉積800s獲得一層厚度為81nm的非晶氮化硅薄膜。
[0025]將采用本實(shí)施例方法制備介電層薄膜的多個(gè)多晶硅片與常規(guī)工藝制備介電層薄膜的多晶硅片進(jìn)行表面復(fù)合速率、少子壽命和贗開路電壓對(duì)比，硅片平均表面復(fù)合速率從290cm/s降低到215cm/s、平均少子壽命從11 μ s增加到24 μ s，平均贗開路電壓從616mV增加到63 ImVο
[0026]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)將經(jīng)過清洗制絨、擴(kuò)散和刻蝕的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反應(yīng)氣體，力口射頻起輝，射頻功率為250(T4500W，沉積溫度為5(T350°C，沉積一層厚度為I?30nm的介電層薄膜； (2)再次抽真空并升高沉積溫度至35(T650°C，待溫度穩(wěn)定后通入反應(yīng)氣體，加射頻起輝，射頻功率為450(T8000W，沉積一層厚度為5(Tl00nm的介電層薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(I)將硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為I?lOslm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時(shí)間為l(T500s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(I)所述介電層薄膜為非晶氮化硅、非晶氧化硅、非晶硅或非晶氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(I)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣、三甲基鋁、氯化鋁、乙硅烷和氧氣中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(2)腔室內(nèi)壓力小于10_5Pa時(shí)開始通入反應(yīng)氣體并起輝，反應(yīng)氣體流量為f 1slm，沉積壓力為50(T2500mTorr，沉積時(shí)間為50(Tl000s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(2)中所述介電層薄膜為非晶氮化硅或非晶氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PECVD沉積低表面復(fù)合太陽電池介電層的方法，其特征在于:步驟(2)反應(yīng)氣體包括硅烷、氨氣、笑氣和乙硅烷中的兩種。
【文檔編號(hào)】C23C16/505GK104037264SQ201410258261
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】周肅, 勾憲芳, 黃鈞林, 范維濤, 黃青松 申請人:中節(jié)能太陽能科技（鎮(zhèn)江）有限公司