[发明专利]一种氧化硅钝化层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体硅光伏电池制备技术领域，具体涉及一种氧化硅钝化层的制备方法。

背景技术

常规铝背场电池正面采用SiN钝化，背面采用铝浆烧结形成铝背场，没有专门的钝化层，该结构电池的电性能基本达到瓶颈，效率提升困难。此时，晶硅太阳能电池背面复合问题的影响已经凸显出来。为了解决这一问题，出现了背面钝化的晶硅太阳能电池结构，即在电池背面制备SiO₂、Al₂O₃等各种介质膜，对背面进行钝化，显著降低背面复合几率提升电池整体有效载流子寿命，将多晶绝对效率提升0.5～0.8%，单晶绝对效率提升0.8～1%，由于采用了背面钝化称为PERC（passivated emitter and rear cell）电池。

目前PERC电池的量产的背钝化实现方式是在电池背面沉积Al₂O₃，利用Al₂O₃固定负电电荷，在P型电池背表面可以形成固定电场层，排斥负电荷向背面扩散，降低正负电荷相遇几率进而实现背面钝化，是一种较好的钝化膜。尽管单层氧化铝在常规烧结中能够保证良好的钝化效果，但是由于三甲基铝（TMA）价格很高，必须降低TMA源气的耗量，以更薄的氧化铝层来获得良好的钝化效果。由于当氧化铝作为背面P⁺层钝化时，在后道工艺中会经历铝浆侵蚀，氧化铝对铝浆中的化学成分抗性弱，造成后道工序工艺窗口很窄而会失去钝化效果。因而Al₂O₃镀膜后需要再镀一层SiNx保护层。氮化硅覆盖层能够抵抗铝浆烧结侵蚀，提高钝化层稳定性，进而扩宽工艺窗口，同时氮化硅中的氢会透过氧化铝层对硅片表面更进一步的化学钝化，降低缺陷密度。然而，采用氧化铝/氮化硅叠层钝化时，存在以下问题：需要引入平板PECVD或者是ALD的氧化铝沉积系统，这些系统目前售价均值2000万级别，进入门槛很高；三甲基铝作为有机金属源，价格昂贵生产成本高；同时日常生产中对设备的维护成本也很高。

在不增加设备的基础上，为实现电池的背面钝化，通常也采用热氧化生成氧化硅对硅片表面进行化学钝化。该层氧化硅对p层和n型表面都能形成良好的钝化，经常作为太阳能电池背面的钝化层；同时当氧化硅层厚度超过100nm时，还能够形成良好的背反射。大幅降低PERC电池量产的资金和设备投入。然而，现有热氧化生成氮化硅的方法中存在以下问题：（1）热氧化生成氧化硅的速度很慢，且热氧化所需的高温（高达900℃）会引入热缺陷，从而大幅降低电池体寿命，特别是对于多晶电池尤为致命；（2）热氧化生成的氧化硅是十分不稳定的，通常采用覆盖氧化铝或氮化硅层进行保护，即便如此当温度超过500℃钝化效果将劣化，而光伏电池的后道工艺经常有超过500℃的高温存在；（3）目前的沉积氮化硅的管式PECVD设备最高只能维持在600℃温度，不能用于热氧化生成二氧化硅，因而热氧化生成氧化硅不能在现有设备中完成，也就是说，需要增加专门用于热氧化的设备和增加制程数量，但这会影响产能和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种量产门槛低、运营成本低、制程短的氧化硅钝化层的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氧化硅钝化层的制备方法，包括以下步骤：

（1）在硅片表面制备第IVB族金属的氧化物薄膜；

（2）对制备有第IVB族金属的氧化物薄膜的硅片进行退火，在硅片与第IVB族金属的氧化物薄膜的界面处形成氧化硅钝化层。

上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述第IVB族金属的氧化物薄膜为氧化钛、氧化锆或氧化铪。

上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述第IVB族金属的氧化物薄膜的厚度为5nm～50nm。

上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述第IVB族金属的氧化物薄膜采用气相沉积的方法制备得到。更优选的，所述气相沉积的方法为PECVD法、磁控溅射法或原子层沉积法。

上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述退火在氧气气氛下进行。

上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述退火的温度为400℃～700℃；所述退火的时间为10min～40min。

上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中还包括在所述第IVB族金属的氧化物薄膜上制备氮化硅薄膜。