一種太陽能電池的氫鈍化方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及太陽能電池制造技術(shù)領域，特別設及一種太陽能電池的氨純化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能發(fā)電技術(shù)是目前最重要的可再生能源技術(shù)之一。當下太陽能發(fā)電成本仍然 高于傳統(tǒng)能源，制約了其大規(guī)模的應用。為此，產(chǎn)業(yè)界和科學界一直致力于提高太陽能電池 的光電轉(zhuǎn)換效率、降低太陽能電池的制造成本。
[0003] 太陽能發(fā)電是基于半導體材料的光伏效應。P型半導體和n型半導體接觸形成pn 結(jié)，產(chǎn)生強大的內(nèi)部電場。當光照射半導體時激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴被電場分離，被分離的 電子和空穴在半導體基體中擴散到表面被電極收集，從而對外提供電能。因此太陽能電池 對作為基體的半導體材料提出了兩個最主要的要求；高純和高完整。高純是指半導體材料 中的雜質(zhì)少；高完整是指半導體材料的晶格完整性高。該是因為半導體中的雜質(zhì)和晶格缺 陷會使光照產(chǎn)生的電子和空穴復合耗損，導致被收集的載流子數(shù)量下降從而使太陽能電池 的光電轉(zhuǎn)換效率降低。
[0004] 按半導體材料劃分，太陽能電池可分為晶體娃太陽能電池、化合物太陽能電池、有 機太陽能電池等，其中晶體娃太陽能電池是目前最主流的太陽能電池，占據(jù)著近90%的市 場份額。該是由于娃晶體的優(yōu)異特性導致的，其中一個很重要的特點就是娃晶體容易實現(xiàn) 高純和高完整該兩個要求，例如用于制造太陽能電池的娃晶體純度高達6個9 W上；容易制 備單晶體的娃（雖然多晶體的娃也被應用于制造太陽能電池）。
[0005] 即使如此，娃晶體中極少量的雜質(zhì)和缺陷仍然對太陽能電池的性能產(chǎn)生了顯著影 響，甚至制約了電池效率的進一步提高。娃晶體中的雜質(zhì)除了故意滲入的滲雜劑-棚和磯 之外，還包括氧、碳、氮等輕元素雜質(zhì)（其中棚和氧會形成棚氧復合體，它對電子-空穴具有 高復合活性）W及鐵、鉆、鑲、銘、銅等過渡金屬雜質(zhì)。
[0006] 娃晶體中的缺陷包括本征點缺陷外，特別是指晶界、位錯W及晶體表面的娃懸掛 鍵等。該些雜質(zhì)和缺陷成為光生電子-空穴的"殺手"，顯著降低了少數(shù)載流子的壽命從而 降低了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0007] 晶體娃中的氨元素對太陽能電池有著重要作用。娃中的氨原子具有很強的反應活 性，它能夠與輕元素雜質(zhì)及其復合體反應；與滲雜原子棚、磯反應；與過渡金屬雜質(zhì)反應； 與娃懸掛鍵結(jié)合，富集在晶體表面、晶界、位錯區(qū)域；甚至與其他氨原子反應形成氨分子等。 因此可W利用氨原子與其他雜質(zhì)和缺陷的反應來純化該些復合中屯、的復合活性，提高娃晶 體中少數(shù)載流子的壽命。
[000引據(jù)公開的文獻報道，在娃晶體中引入氨原子的方法如W下：
[0009] (1)在太陽能電池制造過程中利用等離子增強化學氣相沉積法（PECVD)沉積氮化 娃薄膜。氮化娃薄膜中富含的氨原子擴散到娃晶體的界面，純化了界面上的娃懸掛鍵，顯著 降低了娃晶體的表面復合速率。
[0010] (2)氨等離子體處理。通過浸沒在氨等離子體中能在娃晶體的近表面引入氨原子。
[0011] 無論是沉積氮化娃薄膜還是氨等離子體處理，但該些方法存在的問題是；只能在 娃晶體近表層（通常小于幾微米）引入氨，而無法在基體中引入高濃度的氨原子，所W氨原 子對太陽能電池基體內(nèi)部的雜質(zhì)和缺陷的純化作用非常微弱。
[0012] 如何實現(xiàn)在太陽能電池基體內(nèi)引入較高濃度的氨原子，最大化地利用其對基體內(nèi) 雜質(zhì)和缺陷的純化作用，在目前還存在很大困難。因此開發(fā)一種太陽能電池的氨純化方法， 對于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是；提供一種顯著增加太陽能電池基體中氨原子濃度 的方法，利用氨原子對雜質(zhì)和缺陷的純化作用來提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0014] 雖然陽CVD沉積的氮化娃薄膜中含有高濃度的氨原子，濃度可達102icm- 3。該些氨 原子能夠有效地純化娃晶體表面的懸掛鍵，降低表面復合速率。但是真正擴散進入娃晶體 基體內(nèi)部的氨原子濃度卻非常之低。其原因如附圖1所示。
[0015] (1)在太陽能電池制造過程中磯擴散工藝在娃晶體近表層（發(fā)射結(jié)區(qū)域）引入了 大量的磯原子，該些磯原子電離成為磯正離子（P+)。同樣氮化娃薄膜中的氨原子也逐漸擴 散到該區(qū)域。在重滲的n型發(fā)射結(jié)區(qū)域，氨原子W氨負離子or)的形式存在，該些P+與IT結(jié) 合形成PH復合體。也就是說擴散進入娃晶體中的氨原子已被磯原子束縛住。
[0016] 似即使自由的氨負離子繼續(xù)向體內(nèi)擴散，它必須穿越空間電荷區(qū)。在該區(qū)域存在 從n型區(qū)指向P型區(qū)的強電場。因此r若要越過空間電荷區(qū)，必須要積蓄一定的能量越過 勢壘qVbi。其中q為單位電荷量，Vm為內(nèi)建電勢。 由于上述兩個主要原因，氨原子很難擴散進入半導體的基體中。注意附圖1是氨原子 擴散進入太陽電池基體內(nèi)的示意圖，并不反映實際的電池結(jié)構(gòu)尺寸，也不局限本發(fā)明僅僅 于Wp型半導體材料作基體的太陽能電池的范圍內(nèi)。
[0017] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種太陽能電池的氨純化方法用于改善電池性 能，其特征在于：
[0018] (1)需要將太陽能電池保持在選定的100°C~400°C溫度范圍中。在一定的溫度下 施主-氨復合體（W PH復合體為例）或受主-氨復合體分解重新釋放出氨離子。目的在 于在該溫度范圍內(nèi)保證太陽能電池中的部分氨元素W自由的氨離子形式存在。為了實現(xiàn)該 目的，所需要溫度的溫度范圍W l〇〇°C為下限、400°C為上限。
[0019] 似與此同時，在太陽能電池的pn結(jié)上施加偏壓，降低內(nèi)建電勢。目的在于降低氨 離子穿越空間電荷區(qū)時所需要跨過的勢壘高度，增加越過空間電荷區(qū)進入基體中的氨原子 數(shù)量。施加在pn結(jié)上的偏壓V將低了氨離子穿越空間電荷區(qū)所需要跨過的勢壘高度，即 降低為Vbi-Vp。該將極大地增加越過空間電荷區(qū)進入基體中的氨原子數(shù)量。
[0020] 本發(fā)明的方法所針對的太陽能電池不僅僅包括晶體娃太陽能電池，也包括化合物 太陽能電池例如神化嫁太陽能電池等，因為通過該方法同樣可W在神化嫁等化合物太陽能 電池基體內(nèi)引入大量的氨原子純化電池基體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷。
[0021] 本發(fā)明的方法所解決的核屯、是如何增加太陽能電池基體內(nèi)的氨原子濃度，而不受 限于在電池表面引入氨原子的各種方法，即進入基體內(nèi)的氨原子既可來自于PECVD沉積氮 化娃薄膜中的游離氨原子，也可W是氨等離子體轟擊電池表面所引入的。
[0022] 在本發(fā)明需要將太陽能電池保持在一定的溫度中。該是因為要保證施主-氨復 合體分解，使氨W獨立的氨離子形式存在。該分解過程為熱激活過程，溫度增加則自由氨 離子的濃度越高。另外氨離子進入基體內(nèi)是一個長程的擴散過程。而擴散過程同樣是一 種熱激活過程，溫度越高，氨離子的擴散速率越大，它能W更快的速度擴散到基體內(nèi)的各區(qū) 域。因此太陽能電池應在下限為100。上限為400°C的溫度范圍內(nèi)。其中下限溫度優(yōu)選為 150°C，更優(yōu)選溫度為200°C。太陽能電池長時間保持在過高的溫度下，會對電池表面的電極 性能造成一定的惡化，所W為了保護電池上限溫度優(yōu)選為325°C，更優(yōu)選溫度為250°C。
[0023] 本發(fā)明還需要同時在太陽能電池正負極之間施加電壓來降低內(nèi)部電勢。例如對 于P型的太陽能電池來說，需要在太陽能電池上施加正向偏壓，即所產(chǎn)生的電流從P區(qū)流向 n區(qū)。所施加的外部電壓降低了氨負離子越過空間電荷區(qū)的勢壘。根據(jù)統(tǒng)計物理學理論， 粒子動能的分布遵循玻爾茲曼分布，也就是說只有動能高于勢壘qVbi的氨離子才能越過空 間電荷區(qū)，該部分高能量氨離子的濃度（[rn可表示為：出1>=出1exp(-qVbi/kT)，其 中出1表示氨離子的總濃度，k為玻爾茲曼系數(shù)，T為絕對溫度。當施加