[发明专利]在硅上制备用于太阳能电池制造的陶瓷钝化层的方法

说明书

本发明涉及在结晶硅上通过薄(10-200nm)涂层的转化制备用于太阳能电池制造的钝化层的方法，该涂层含有作为主要成分的全氢化聚硅氮烷(也称作PHPS)或有机聚硅氮烷并且在转化期间用作本体钝化的氢源。该转化在200-1000℃温度下进行。 

鉴于化石能源越来越缺乏，光伏作为提供能源的替代技术而言是非常重要的。为了更强和更快地推广该技术，光伏模块的生产成本必须最小化。为了降低这些成本，必须提高太阳能模块的效率且必须开发出更廉价的制造技术。 

工业上制造的太阳能电池的效率的提高尤其通过抑制电损耗得以实现，这种电损耗很大部分在本体中和表面上的硅缺陷处的载流子的再结合中发生。 

为了表面钝化，施加由热生长的SiO₂或PECVD-SiN_x过程的介电层。所述施加在n-传导硅层上进行，且另外可以在p-传导硅层上进行(背面钝化)。已知氢可能使本体缺陷如扭曲键或带电荷的晶格缺陷惰化，并由此可能改进太阳能电池的电性能。工业上，硅太阳能电池的本体钝化通过从氢富集层扩散来实现。 

在工业上以CVD工艺制备的氮化硅和二氧化硅层中，在硅表面上的沉积过程中置入氢。在此，除了氢之外，氨(NH₃)也用作氢源(64Widenborg，P.I.，A.B.Sproul，and A.G.Aberle.Impurity anddefect assivation in poly-Si films fabricated byaluminum-induced crystallisation.Proc.3^rd WC PVSEC.2003.Osaka)。在完全解离时，NH₃每分子提供3个氢原子，代替H₂分子的两个原子。 

通过热处理，即将这些层加热到＞600℃的温度，出现氢从这些层 扩散到硅本体中。丝网印刷太阳能电池工艺中，在触点发热时发生通过Si表面上的含氢层的氢扩散。 

通过CVD技术施加钝化层的缺点在于用于复杂真空技术的高成本，以及使用高度易燃的(SiH₄、CH₄、H₂)和有毒的(NH₃)气体。 

已描述了使用聚硅氮烷来形成SiO_x和氮化硅层。 

JP 05243212A描述了具有良好遮盖性能的聚硅氮烷膜，以及它们用于涂布半导体器件的用途。通过在较低温度下烧结和氧化，形成由细微的吸湿性二氧化硅膜构成的钝化层。 

形成由聚硅氮烷构成的抗反射层同样是已知的。 

由此，JP-A-2005033063描述了聚硅氮烷溶液，采用旋涂法在常温下将其施加到单晶硅衬底上，之后在含氮的气氛中在600-800℃下焙烧。以这种方式可以在太阳能电池上制得具有作为主要组分的氮化硅的低反射膜。 

由此本发明的目的是提供钝化用于太阳能电池制造的结晶硅的方法，其使得在避开昂贵的真空技术同时以简单和经济的方式进行硅的表面和本体钝化成为可能。 

本发明实现了该目的，且涉及采用聚硅氮烷钝化结晶硅的方法，通过 

a)采用含有至少一种通式(1)的聚硅氮烷或聚硅氮烷的混合物的溶液涂布硅晶片， 

-(SiR′R″-NR″′)_n-    (1) 

其中R′、R″、R″′相同或不同，且彼此独立地表示氢或任选取代的烷基、芳基、乙烯基或(三烷氧基甲硅烷基)烷基，其中n为整数且如此确定n，使得该聚硅氮烷的数均分子量为150～150000g/mol， 

b)随后通过蒸发除去溶剂，由此在硅晶片之上留下厚度为50-500nm的聚硅氮烷层，和 

c)在空气或氮气的存在下在常压下将该聚硅氮烷层加热到200-1000℃，其中在热处理时陶瓷层释放出氢从而使硅本体钝化。 

在优选的具体实施形式中，本发明的涂料含有至少一种全氢化聚 硅氮烷(其中R′、R″、R″′＝H)。 

在此，特别适合的是这样的聚硅氮烷，其中R′、R″、R″′彼此独立地表示选自如下组的基团：氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、苯基、甲苯基、乙烯基或3-(三乙氧基甲硅烷基)-丙基、3-(三甲氧基甲硅烷基丙基)。 

在另一个优选的具体实施形式中，本发明的涂料含有式(2)的聚硅氮烷，