[发明专利]空穴钝化隧穿薄膜、制备方法及其在太阳电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜材料，尤其是涉及一种空穴钝化隧穿层，同时涉及其制备方法和在太阳电池中的应用。

背景技术

近几年，载流子选择性钝化接触异质结晶硅电池成为光伏领域研究的热点。在传统晶硅电池中，一般通过高温热扩散掺杂的方法晶硅基体表面形成PN结，从而利用PN结内建电场实现载流子的分离。载流子选择性钝化接触异质结晶硅电池，则是通过在晶硅基体与电极之间插入选择性传输层以实现载流子选择性输运，即电子传输层允许电子穿过而排斥空穴，空穴传输层允许空穴通过而排斥电子，从而实现载流子的分离。同时，选择性传输层还为晶硅基体提供良好的表面钝化。

相比于传统PN结晶硅电池，载流子选择性钝化接触异质结晶硅电池具有三个独特的优势：一、避免使用重掺杂层，能有效消除重掺杂层带来复合损失；二、采用不同的载流子收集材料，可以更大程度调节异质结的能带结构、减少寄生光学吸收；三、实现全面积的载流子收集，有效减少载流子输运距离。因此，这类太阳电池可以获得更高的开路电压、短路电流、填充因子，提升电池的整体性能。其中选择性钝化传输层由钝化隧穿材料和载流子选择性接触材料组成。对于钝化隧穿材料的要求包括：具有良好的表面钝化性能、精确的厚度控制生长、很高的载流子选择性等。从已有报道来看，一般采用氢化本征非晶硅和氧化硅作为钝化隧穿材料，这两者虽然非常适合作为电子钝化隧穿层，但并不是理想的空穴钝化隧穿层。其中采用氢化非晶硅做空穴的钝化隧穿层，主要的问题包括：

a.非晶硅的带隙为1.7eV，其电子亲和能为3.9eV，与晶硅的导带带阶和价带带阶分别为0.15eV和0.45eV；非晶硅对空穴的选择性不高；b.非晶硅材料不耐高温，无法兼容高温处理工艺，对后继电池制备工艺产生很大的限制；c.非晶硅通常采用PECVD(等离子增强化学气相沉积)方法来制备，对晶硅表面质量要求很高，获得高质量非晶硅的难度较大，工艺稳定性难以保证；

而采用氧化硅(SiOx)作为空穴钝化隧穿层，也同样存在问题，因为氧化硅的电子亲和能为1eV，禁带宽度为8.9eV，与晶硅的导带带阶为3.05eV，价带带阶为4.75eV；对于空穴来说，势垒太大，隧穿的效率受到限制，如果要使空穴隧穿的效率最佳，需要确保氧化硅层的厚度在0.8nm以下，但以现有制备技术仍无法获得均匀的高质量的0.8nm以下的氧化硅薄膜。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种有利于空穴选择性隧穿的薄膜。

本发明的技术方案是提供一种空穴钝化隧穿薄膜，主要组成成分为氮化硅，薄膜厚度为0.5-3nm。

进一步地，所述空穴钝化隧穿薄膜的折射率为1.8-2.5，以确保薄膜氮化反应充分从而保证薄膜的空穴钝化隧穿作用。

本发明还提供上述空穴钝化隧穿薄膜的制备方法，采用等离子体辅助(Plasma)或热辅助(Thermal)原子层沉积(ALD)方法沉积氮化硅薄膜。

进一步地，所述原子层沉积方法包括如下步骤：

S1.通入含硅前驱体分子，在硅片表面生成含硅中间产物；

S2.通入惰性气体进行清洗；

S3.通入含氮前驱体分子，对含硅中间产物进行氮化生成氮化硅薄膜。

可以按照步骤S1-S3的顺序反复进行。

上述原子层沉积方法反应温度为50-500℃。

进一步地，步骤S1中含硅前驱体分子为氯硅烷类气体，所述氯硅烷类气体为SiCl₄、SiH₂Cl₂、Si₂Cl₆中的一种或多种。

进一步地，步骤S3中含氮前驱体分子为NH₃、N₂H₄中的一种或两种。

进一步地，对生成的氮化硅薄膜用氢等离子体处理，产生氢等离子体的方法为高频(13.56MHz)或微波(2.45GHz)等离子体增强化学气相法(PECVD)。

进一步地，制备所得的氮化硅薄膜的厚度为0.5-3nm，折射率为1.8-2.5，通过控制前驱体分子的流量来控制折射率，含氮前驱体分子的流量控制在20-100sccm。

本发明公开了上述空穴钝化隧穿薄膜在晶硅太阳电池中的应用。