[发明专利]用于光伏用途的Al2O3薄膜的生长

说明书

本发明涉及含有金属杂质的铝源组合物，其可用于光伏技术中、特别是用于太阳能电池的光伏技术中的薄膜沉积。

光伏效应自19世纪末起为人所知。原理在于将光能转换成电力。在现有生态背景下，这是生产清洁可再生能源的有前途的解决方案。光伏电力迄今发展缓慢的原因之一是其与传统解决方案例如煤、化石燃料或核电相比缺乏竞争力。因此太阳能电力作为未来能源构成的一个重要组成部分的贡献与继续降低每瓦特峰值的成本的能力相关联。为了实现这一目标，降低制造成本和改进电池效率是两个解决方案。

例如通过使用较薄硅片以限制硅原料价格对总电池成本的影响（在2010年，成本拆分为55％用于硅片—23％用于硅原料，13％用于硅生长，18％用于切片步骤—45％用于电池加工）和一般而言通过降低的原材料（包括在各制造步骤过程中使用的化学品）消耗来解决制造成本的降低。制造工具供应商（OEM-原始设备制造商）和材料供应商推动这种制造成本降低。

光伏电池效率的改进需要在研究实验室中进行的创新活动。学者们进行的与钝化现象相关的工作可能有助于提高光伏电池的性能。通过例如氢钝化电池的缺陷通过降低硅表面处和本体中的空穴-电子对重组可能性来提高电池效率：进入材料的缺陷数越低，收集电荷载流子的可能性越高。这些重组在太阳能电池的正面以及背面上发生。为了防止背面重组，在文献中已经描述了薄Al₂O₃层的沉积（例如P.Vitanov and al.″Chemical Deposition of Al₂O₃thin fims on Si substrates″Thin Solid Films,517(2009),6327-6330）以及Hoex等人″Silicon surface passivation by atomic layer deposited Al₂O₃″JOURNAL OF APPLIED PHYSICS104,044903 2008证实了非常薄的ALD-Al₂O₃层（5-30纳米）可以在425℃退火后为n-型和p-型硅片提供优异的表面钝化。这种层以两种方式有助于钝化：界面缺陷密度的降低和归因于硅-氧化铝界面处的高负电荷密度的场效应钝化（G.Dingemans,R.Seguin,P.Engelhart,M.C.M.van de Sanden和W.M.M.Kessels；″silicon surface passivation by ultrathin Al₂O₃films synthesized by thermal and plasma atomic layer deposition″；Phys.Status Solidi RRL4,N°1-2,10-12(2010)）。

在硅本体中也发生重组。因此，为了有效收集载流子，它们的扩散长度（电荷载流子在获得重组之前经过的平均距离）或寿命应至少等于硅片厚度（V.G.Litovchenko,N.I.Klyuis,A.A.Evtukh,A.A.Efremov,A.V.Sarikov等人；″Solar cells prepared on multicrystalline silicon subjected to new gettering and passivation treatments″；Solar Energy Materials and Solar Cells,72(2002),343-351）。注射原子氢以钝化缺陷和降低进入本体的金属杂质量是提高扩散长度的两种主要解决方案。在不同制造步骤过程中可识别几个污染源：从硅片制造，包括硅锭或硅铸造步骤，到太阳能电池制造，其中使用许多化学品。由于为半导体工业进行的研究，一些杂质（例如铜或铁）对电荷载流子寿命的有害影响是已知的。图1和图2详细显示了根据所选金属杂质的浓度，p-型和n-型晶片基太阳能电池的转换效率。

图1显示金属杂质浓度对p-型Cz-Si基太阳能电池的转换效率的影响。

图2显示金属杂质浓度对n-型Cz-Si基太阳能电池的转换效率的影响。