[发明专利]晶体硅太阳能电池上的钝化堆叠件

说明书

本发明涉及用于制造晶体硅太阳能电池器件上的钝化堆叠件(passivation stack)的方法。更具体地，本发明涉及通过热稳定的钝化堆叠件来钝化晶体硅太阳能电池，该热稳定的钝化堆叠件通过本发明的方法制造。本发明还涉及通过本发明的方法可获得的晶体硅太阳能电池器件。

在下文中，如果未另外规定，硅应该是指晶体、可能掺杂的硅。本领域技术人员理解，当用作太阳能电池的基底时，晶体硅晶片(chip)或晶圆(wafer)将被有目的地掺杂以使硅成为p-型或n-型。此外，本领域技术人员还理解，取决于沉积方法，下文中提及的介电材料层可包括未在化学计量式中示出的元素。例如，如果通过化学气相沉积法进行沉积，各个介电材料层可包括源自一种或多种前体气体的氢。本领域技术人员还理解，取决于沉积条件和方法，所述介电材料层可为非晶或晶体的。

在下文中，使用方括号中的参考数字表示对其他公开的引用，由此这些参考文献的相关文本包括在本文中作为本公开的一部分，因为其包含本领域技术人员可能发现的可用于理解本发明的背景的技术信息。

用于制造有成本有效的太阳能电池的关键参数比为每瓦特输出效应的成本，例如美元每瓦特。有两种降低每瓦特成本的方法：通过增加太阳能电池的效率和通过降低生产成本。

具有低表面复合(recombination)速度的良好表面钝化是用于获得高效率的硅太阳能电池器件的前提，其中高的少数载流子寿命(minority carrier lifetime)是极其重要的。已知几种介电材料可单独地或以组合形式使用以钝化硅晶圆或晶片的表面，获得减少的表面复合。这种层的实例为氮化硅(SiN_x)、非晶体硅(a-Si)、氧化铝(Al₂O_x)和热生长的氧化硅(SiO₂)。此外，还证实两种或更多种所提及的介电材料层的堆叠组合(诸如SiN_x/a-Si；SiN_x/SiO₂和SiN_x/Al₂O_x)提供良好的表面钝化质量。

在晶体硅基太阳能电池的制造过程中，太阳能电池通常暴露于高温下的一个或多个工艺步骤，通常在800℃和更高的温度范围内。一个这种工艺步骤是印刷接触件的烧制(firing)，即激活，以在晶圆中提供的接触件和p-n结点之间形成良好的连接。在任何介电材料钝化和/或抗反射层的存在下，通常必须使接触件通过提及的层进行烧制，这需要介电材料层必须能承受高温且不丧失实现其预期目的的品质。

已证实单独地或与SiN_x或SiO₂堆叠的a-Si提供对于晶体硅表面的接近完美的钝化。然而，研究表明，如果加热至高于500℃，则a-Si丧失它的钝化性质[1]。在较低波长范围的可见光中，a-Si还具有非常高的光学吸收，因此在太阳能电池正面上的任何a-Si层可“截取(steal)”一定量的入射光。硅的热氧化也可提供良好的表面钝化。然而，这种SiO₂层的生长需要很长一段时间的高温，由于加热所需的能量的量，其是低成本生产不期望的。此外，热预算还增加杂质在硅中的扩散，其在用于太阳能电池时通常为次电子级。杂质迁移可使硅中的少数载流子寿命显著降级，并因此显著降低硅太阳能电池的效率。已证实SiN_x提供晶体硅的合宜钝化，但当在p-型硅晶圆上使用时，由于SiN_x层中的高正电荷而存在寄生分流(parasitic shunting)问题[2]。最近，已证实具有负电荷的Al₂O_x为p-型晶体硅提供非常好的表面钝化[3]。然而，Al₂O_x通常通过原子层沉积法(ALD)沉积，这需要非常高的真空，并且对于以太阳能电池制造设想的批量生产速度进行结合而言是极具挑战性的。

已证实氮氧化硅(SiO_xN_y)是用于硅的表面钝化的有前景的介电材料[4,5]。还研究在具有SiN_x的堆叠件中使用SiO_xN_y来进行光伏应用中的表面钝化[6]。然而，目前报道的钝化质量并不足以获得令人满意的低表面复合速度。此外，SiO_xN_y的热稳定性是一个挑战，并且在诸如接触件烧制的高温处理之后，钝化质量通常降低。SiO_xN_y的沉积温度通常在250℃以及更高的范围内。