[发明专利]由铝和硅前体沉积Al2O3/SiO2 叠层的方法

说明书

本发明涉及由铝和硅前体沉积Al₂O₃/SiO₂和Si₃N₄/Al₂O₃/SiO₂叠层的方法，其可用于沉积光伏技术、特别是太阳能电池中的薄膜。

光伏效应自19世纪末起为人所知。原理在于将光能转化成电能。在到本世纪末预计化石能源短缺的当前背景下，生产清洁和可再生的能源是有前途的解决方案。光伏电力迄今发展缓慢的原因之一是其与传统解决方案，如煤、化石燃料或核电相比缺乏竞争性。因此太阳能电力作为未来混合能源的一个重要组成部分的份额与进一步降低每瓦特峰值成本的能力结合在一起。为了实现这一目标，制造成本的降低和电池效率的改进是必须同时勘察的两种解决方案。

例如通过使用较薄晶片限制硅价格对总电池成本的影响和通常通过降低原材料消耗（包括在各制造步骤中使用的化学品）来实现制造成本的降低。制造工具供应商（OEM-原始设备制造商）和材料供应商常常推动这种制造成本降低。

光伏电池的效率的改进需要通常由R&D实验室推动的革新。例如，学者们对钝化现象进行大量的R&D研究。这有助于增强光伏电池的性能。

SiO₂在半导体和光伏工业中已知是极大减轻表面重组的钝化材料。在氧气下通过在900℃下的湿热氧化或在850℃-1000℃下的干氧化生长高品质SiO₂层。这些高温通常与光伏器件制造不相容。因此，开发出替代方法，如由TEOS（四乙氧基硅烷）与O₂化学气相沉积SiO₂。但CVD的缺点之一是难以控制厚度和因此造成的该薄膜的不均匀性。另一缺点是CVD SiO₂的相对较差钝化。由于这些原因，原子层沉积（ALD）优选，因为其能实现均匀层的沉积，以表现出良好的钝化性质。

无论沉积方法如何，初沉积的SiO₂层的钝化能力的活化——退火步骤，必须在氢气下在850℃下进行。如果这种退火步骤不在氢气下进行，结构缺陷减少，但表面重组速度（SRV）不降低，因为需要可观的氢活化和因此氢扩散才能实现硅表面的显著悬挂键钝化。这种氢当然可来自薄膜本身，但主要由N₂-H₂气氛供应氢。如果退火温度超过900℃，则会从表面发生氢损失并因此损害氧化硅层的钝化性质。此外，即使这种现象由于另一退火而可逆，也会发生氢的天然损失并随时间经过引发SRV的降低和因此损害该层的钝化能力。

如果空穴-电子对在硅表面处或硅本体中重组的可能性降低，器件的转化效率提高：引入该材料中的缺陷数越低，收集电荷载流子的可能性越高。在太阳能电池的正面以及背面上发生重组。实际上，氢自由基在沉积过程中并入薄膜中。退火步骤在含有适当氢浓度的氮气氛下进行以获得使氢钝化悬挂键的更显著推动力。氢解吸现象随退火温度提高，但在室温下也观察到：其解释了SiO₂层的钝化性质的降低。氢因此是关键成分，其化学钝化能力是已知的。

SiO₂具有钝化能力，但由于上述缺点，现在考虑Al₂O₃钝化。就SiO₂层而言，Al₂O₃沉积的最近研究表明，该层在沉积过程中天然富集氢。Al₂O₃含有合理的氢含量，因此不是严格必须将H₂添加到N₂中。

就SiO₂而言，该层中的氢会化学钝化该界面表面处和硅本体中的悬挂键。与SiO₂相反，没有观察到氢解吸，因此可以相信，化学钝化的效率不随时间降低。因此，Al₂O₃的实施钝化的能力高于SiO₂。

因此需要具有对n型和p型基底的非常有效的钝化的层。

本发明涉及形成Al₂O₃/SiO₂叠层的方法，其相继包括下述步骤：

a）将基底供应到反应室中；

b）通过ALD法向反应室中注入至少一种含硅化合物，所述至少一种含硅化合物选自由下述物质组成的组：

BDEAS双(二乙基氨基)硅烷    SiH₂(NEt₂)₂,