[发明专利]一种制备含SiO2的金属氧化物复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基介质膜制备方法，特别涉及制备含SiO₂的金属氧化物复合薄膜的方法。

背景技术

金属氧化物薄膜如Al₂O₃，HfO₂，SiO₂，薄膜作为钝化膜具有良好的钝化特性和优异的电学特性。对于制备高效率的太阳能电池，通常由于硅片表面Si-Si键的断裂和表面及体内杂质等因素，硅片表面会形成大量的悬挂键和缺陷态，使用SiO₂做钝化，可以形成Si-O强键，能够降低悬挂键的密度和缺陷态，进而减小硅表面的少子复合，Al₂O₃由于其特殊的结构，会呈现出负电荷特性，对于钝化电池P+层，有较大的优势。制备SiO₂的方式很多，如干法氧化法、湿法氧化法、PECVD沉积法、溶胶凝胶法、磁控溅射、离子束溅射、以及最近较新的HNO₃湿法氧化法和阳极氧化法。Al₂O₃膜的制备方式也有很多种，如溶胶凝胶法、ALD生长以及湿法化学法。UNSW研究组使用干氧氧化的SiO₂制备了世界最高的电池效率24.7％。Oliver Schultz发展了湿法(H₂O)化学法，可以在800℃左右热生长一层较好的氧化膜，为此也打破了多晶硅电池的记录。Al₂O₃也有因其带稳定的负电荷特性，在实验室研究中占据一席之地。国外也有以直流电压阳极氧化法快速制备Al₂O₃膜的报道，并取得一定的效果。其中与本发明最相近的为Kobayashi United States Patent 6221788与7157383中采用电阻式加热气相沉积法在已生长的氧化硅薄膜表面沉积一层金属如Al，并在5％H₂+N₂氛围中退火后，制备出金属氧化物薄膜如Al2O3薄膜。该方法虽然比较简单，但是需要沉积金属设备和额外的退火设备，与现有的电池生产工艺流程不适应。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的电池背面复合速率增加造成电池效率显著下降的问题，提出一种制备含SiO₂的金属氧化物复合薄膜的方法。采用本发明方法制备的薄膜能够有效减小电池背面的少子复合速度，为制备高效的电池提供有效的钝化膜解决方案。本发明充分利用了产业线上光伏电池工艺生产设备，制备的薄膜在退火后效果很好。本发明制备的复合膜也可以应用到其他需要半导体钝化和绝缘特性的领域。

本发明方法的具体工艺流程如下：

1、准备硅片：硅片需经过标准的RCA清洗或光伏电池生产领域的制绒清洗工艺过程，除去硅片表面的污染；根据需要，可在上述工艺基础上继续经过磷或硼扩散工艺，沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜等工艺过程。

2、丝印金属浆料：在步骤1处理过的硅片上丝印所需要的图形，然后在温度高于金属和硅共熔的合金点以上的烧结炉中烧结2s～10min。得到含有所述的金属外电极层和该金属的有效掺杂层。该金属外电极层从内向外由二层组成：金属与硅合金层和电极金属层。

所述的金属为铝、铪、镍、钛、钨。

3、制备掺所述金属的有效掺杂层：将步骤2制得的硅片浸入强酸溶液中，加热去除硅片的金属层外电极层和金属与硅的合金层；然后清洗硅片表面痕迹，得到该金属的有效掺杂层。或再将将硅片置于碱性溶液中刻10s-12min，得到掺有所述金属的有效掺杂层内层。

对于丝印Al浆料，可采用方块电阻测试仪测试硅片，如硅片表面有一定的方块电阻，则表明含有掺Al的有效掺杂层(P+层)。

所述的强酸性溶液可以为HCl、H₂SO₄、H₃PO₄、HClO₄、HCN、HNO₃、HF其中的一种或几种与水的混合溶液。碱性溶液可以为KOH、NaOH、NH₄OH其中的一种或几种与水的混合溶液。

4、阳极氧化：将步骤3制备好的硅片置于阳极氧化设备的电极阳极端，阴极可选用任何不与导电溶液反应的导电电极或某种硅片。在导电溶液中反应2min-600min，取出硅片吹干，得到具有钝化效果或绝缘特性的含SiO₂的金属氧化物复合膜。