[发明专利]在硅基材表面形成二氧化硅薄膜的方法、晶体硅电池的制备方法及晶体硅电池

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅电池制造领域，具体而言，涉及一种在硅基材表面形成二氧化硅薄膜的方法、晶体硅电池的制备方法及晶体硅电池。

背景技术

随着能源需求的不断增加，可再生能源尤其是太阳能得到越来越多的重视，使得太阳能电池成为了研究热点。其中，由于硅原料丰富、工艺成熟、性能稳定且对环境污染较小，使得晶体硅电池在太阳能电池市场占有统治地位。

常规的晶体硅电池的生产工艺包括制绒、扩散、单边刻蚀、镀膜、丝网印刷及烧结。其中，镀膜的目的主要是为了在已刻蚀的硅片表面镀减反射膜。现有的镀膜方法主要是采用PECVD法在硅片表面沉积氮化硅薄膜（SiNx）。为了提高硅片的钝化效果，常在氮化硅薄膜与硅片之间增加一层二氧化硅薄膜。该二氧化硅薄膜可以有效地减少非平衡少数载流子在表面的复合损失，明显提升钝化效果。进而提升晶体硅电池的光电转换效率。同时，致密性好的二氧化硅薄膜还能阻挡钠离子、钙离子和镁离子，从而降低太阳能电池的电位诱导衰减效应（PID）。此外，在一些现有的半导体器件中，也需要在硅基材的表面沉积二氧化硅薄膜，用以提高半导体器件的光电性能。

目前，在硅基材表面形成二氧化硅薄膜的方法主要为干氧氧化法和湿化学氧化法。前者是在高温下通过氧气与硅基材表面反应生成二氧化硅，其形成的硅基材表面干净无污染。但是，该方法反应速度慢，工艺时间较长。而后者是通过具有氧化性的化学试剂（如硝酸，双氧水等）对硅基材进行氧化，其反应速度快。但是，这种方法很难控制薄膜厚度，并且稳定性较差。而且，湿化学氧化法制备后的硅基材表面残留大量的化学杂质，需要多次水洗和长时间的烘干，工艺过程复杂，更面临残留杂质对硅基材的污染危险。这些污染会严重影响硅基材的光电性能。

发明内容

本发明旨在提供一种在硅基材表面形成二氧化硅薄膜的方法、晶体硅电池的制备方法及晶体硅电池，以解决现有技术中二氧化硅薄膜制备时间长或污染重的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种在硅基材表面形成二氧化硅薄膜的方法，其中，该方法包括通过水蒸汽与硅基材表面的硅材料反应形成二氧化硅薄膜。

进一步地，水蒸汽是由向硅基材表面通入的氧气和氢气反应形成。

进一步地，上述氧气和氢气的摩尔比为2:1～1:3，优选为1:2～1:3；更优选地，氧气和氢气的流量比为1:1～1:3。

进一步地，氢气通过保护气体的携带通向硅基材表面，优选地，氢气与保护气体的摩尔比为1:15～1:50，更优选地，保护气为氮气或氩气。

进一步地，水蒸汽与硅材料的反应温度为950～1000℃，反应时间为10～20min。

进一步地，上述二氧化硅薄膜的密度为2.15g/cm³～2.3g/cm³。

根据本发明的另一方面，提供了一种晶体硅电池的制备方法，包括在硅片表面形成二氧化硅薄膜的步骤，其中，形成二氧化硅薄膜的步骤采用上述的方法。

进一步地，上述制备方法还包括对硅片表面依次进行制绒、扩散以及湿法刻蚀的步骤，上述二氧化硅薄膜形成在完成湿法刻蚀后的硅片表面。

根据本发明的另一方面，还提供了一种晶体硅电池，其中晶体硅电池上述的方法制备而成。

进一步地，上述晶体硅电池中硅片表面二氧化硅薄膜的厚度为5nm～20nm。

应用本发明的在硅基材表面形成二氧化硅薄膜的方法、晶体硅电池的制备方法及晶体硅电池。通过采用水蒸汽与硅基材表面的硅材料反应制备二氧化硅薄膜，其反应速率快，产物无污染。此外，二者反应产物中的部分氢还能扩散至硅基材内部，这些氢能够与硅基材表面的悬挂键结合，或者与硅基材内部的缺陷、杂质结合，从而起到钝化晶界、缺陷或杂质的作用。在此基础上，应用本发明所提供的方法，能够有效提高二氧化硅薄膜的制备效率，还能够有效改善硅基材的光电性能。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中二氧化硅薄膜的制备时间长或污染重的问题，本发明发明人提供了一种二氧化硅薄膜的制备方法，该方法包括通过水蒸汽与硅基材表面的硅材料反应形成二氧化硅薄膜。