[发明专利]一种晶硅太阳能电池的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造领域，具体涉及在提高光电转换效率的晶硅电池的表面钝化和减反技术。

背景技术

高效晶硅电池是光伏产业的一个重要发展趋势。为最大限度增加晶硅电池的光电转换效率，表面制绒和钝化工艺都是高效电池制造的必要手段，例如钝化发射极背面电池，即PERC电池技术备受关注。并且电池生产技术也在进一步不断改进和提高。其中黑硅技术结合背钝化技术已可达到20％以上的转换效率。

有别于普通酸法制绒，现阶段大力开发的RIE蚀刻黑硅技术可对晶硅表面进行深度蚀刻，从而形成高深宽比孔洞，更有效的减少电池表面对光的反射损失，增加光电转换效率。黑硅技术的发展的另一个原因是金刚线切割硅锭技术的导入。金刚线切割能够大幅度降低多晶硅片成本，但传统的酸制绒无法实现有效制绒，而RIE黑硅制绒可以很大幅度上解决金刚线切割带来了制绒工艺上的困难。但是，具有高深宽比孔洞的黑硅技术对下一道基SiN_x减反层工艺提出了新挑战。由于现有的减反层采用的是基于PECVD的SiN_x工艺，无法对较深孔洞进行完整覆盖，因此RIE蚀刻完成后，还需要增加一道湿法平坦化工艺来降低孔洞深宽比。这样又增加了工艺的复杂性和成本。

另一方面，钝化技术提高电池效率的主要途径有两个：一是降低表面缺陷态密度，即通常所指的化学钝化(Chemical passivation)，主要利用热氧化法SiO₂来饱和悬挂键降低表面态；二是降低表面自由电子或空穴浓度，即通常所指场效应钝化(Field effect passivation),例如常规p型电池的铝背场钝化，等离子增强化学气相沉积(PECVD)法制备氮化硅(SiN_x)、非晶硅(a-Si)、SiO₂/SiN_x堆叠钝化，以及ALD制备Al₂O₃等薄膜技术。但是由于存在多种晶硅的参杂方式，导致薄膜钝化工艺趋于复杂，甚至是同样工艺(例如SiN_x)需对电池表面和背面分别进行钝化镀膜。导致成本过高。在采用ALD生成Al₂O₃单面背钝化工艺时也要求无绕镀，避免造成晶硅电池表面的视觉影响。以上因素对镀膜设备设计提出了很大挑战，生产成本无法降低。

原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)技术是一个以表面化学气相反应为基础的纳米薄膜沉积技术。如图一所示，它通过将两种以上化学源分开导入反应腔，其间对表面饱和反应后的气相反应产物及未反应的气体吹扫干净，可以将物质以单原子膜形式镀在基底表面,因此可以对所沉积的薄膜的厚度及均匀度精确控制在原子层厚度范围内。有别于传统的真空沉积技术，ALD技术具有在非平面复杂结构及三维结构表面形成高质量、无针孔、保形性薄膜等独特性能。当前,原子层沉积(ALD)技术作为最先进的薄膜沉积技术之一，已广泛应用于先进的微电子制造业。由于传统晶硅电池表面结构相对简单，因此ALD技术独特的高质量，无针孔、保形性薄膜等独特性能并未被充分利用。如图二所示，常规湿法酸制绒所形成的所谓”金字塔”其深宽比较小，PECVD减反层可以在其绒面直接成膜；然而对于RIE蚀刻所形成的高深宽比的绒面，传统PECVD减反层无法覆盖绒层底部，造成缺陷。利用ALD技术就可以完全覆盖复杂结构的绒面。因此随着黑硅技术逐渐实现量产，对能够解决在高深宽比表面镀膜的ALD技术的需求显而易见。另外，由于ALD是表面控制的反应，特别适合批量装载，对所有暴露在反应气体中的衬底表面进行镀膜。

发明内容

1、本发明所要解决的技术问题

本发明是针对现有的电池技术的工艺流程，用原子层沉积(ALD)以及等离子体原子层沉积(PEALD)制造SiO₂、Al₂O₃、SiN_x等材料的纳米叠层和复合材料,对晶硅电池的正反两面同时进行钝化层镀膜处理，从而延长少子寿命,提升电池的光电转换效率。钝化层镀膜完成后可继续进行SiN_x减反层镀膜，从而可集成钝化、减反工艺于同一流程,降低成本,提高产能。本发明尤其适用于与黑硅技术结合，避免了多重工艺。另外，对于双面电池，使用本发明同时进行双面钝化更是必要的选择。

2、本发明提供的技术方案