[发明专利]制备隧穿氧钝化接触结构的快速退火方法

说明书

本发明提供一种制备隧穿氧钝化接触结构的快速退火方法，步骤包括：(1)预热：将待退火样品在工艺气体下，升温到150‑250℃，保温1‑2min；(2)释氢：然后升温到300‑600℃，保温3‑10min；(3)晶化：再升温到780‑1100℃，并保温1‑15min；(4)冷却：2‑5分钟降温至600℃以下。本发明通过温度控制，使样品有效避免了“爆膜”现象的发生又通过氢钝化提高硅衬底的体寿命，同时薄膜中的掺杂原子也得到充分激活，此外由于退火时间相对较短，掺杂原子向硅衬底扩散程度减弱，有效降低表面俄歇复合，提高隧穿氧钝化接触结构的表面钝化性能，同时具有较低的接触电阻率，另外退火时间缩短有利于提高生产效率，提升产能，节约生产成本。

技术领域

本发明涉及一种光电材料制备技术领域，具体涉及隧穿氧钝化接触结构的退火方法。

背景技术

隧穿氧钝化接触(TOPCon,Tunnel Oxide Passivating Contact)结构由高质量的超薄氧化硅层(2nm以下)和掺杂多晶硅薄膜组成，可作为晶体硅太阳电池的背表面钝化和载流子传输结构(见图1)。隧穿氧钝化接触结构的特征在于：一方面，超薄氧化硅层允许载流子可以通过量子隧穿效应传输，同时降低硅片表面态密度达到化学钝化的作用；另一方面掺杂多晶硅与硅基底形成内建电场，即起到选择性传输载流子的目的，也起到场钝化的作用。由于Ag电极只需与掺杂多晶硅薄膜接触，隧穿氧钝化接触结构可以起到全表面钝化的效果，显著降低表面的复合速率，从而获得较低的表面饱和暗电流密度和较高的赝开路电压。

隧穿氧钝化接触结构的制备过程：硅片标准RCA清洗→生长超薄氧化硅→沉积掺杂非晶硅薄膜→高温退火形成掺杂多晶硅薄膜。为了获得良好的钝化效果，高温退火需要达到如下几点要求：1)硅薄膜的晶化率达到80％以上；2)获得多晶硅薄膜致密、完整、无“爆膜”现象；3)多晶硅薄膜中的掺杂原子被激活，且在硅基体内有限扩散；4)较低的Si/SiO₂界面态密度；5)隧穿氧钝化接触结构与硅基体间有低的接触电阻率。

在工业化应用中，采用传统管式电热炉(最大升温速率～15℃/分钟)退火是最普遍的退火处理工艺。为了使掺杂非晶硅薄膜晶化，退火温度通常高达800-1100℃。此外由于非晶硅中含有大量氢原子，易在高温退火过程中大量聚合成氢气，短时间内从薄膜中溢出，造成薄膜破裂不完整，出现“爆膜”问题(如图2所示)，将导致薄膜对硅片表面的钝化性能大幅降低。为了抑制非晶硅薄膜在退火过程中的“爆膜”现象，通常需要对管式电热炉退火的升降温速率和特定温度保持时间进行严格控制。退火温度越高，硅薄膜所需要的晶化时间就越短，反之亦然。但是过高的退火温度，会导致SiO₂薄膜应相变产生孔洞以及硅薄膜中的掺杂原子大量扩散至硅基体内。SiO₂薄膜孔洞会导致硅片表面态密度增大，掺杂原子大量扩散会增大硅片表面区域的俄歇复合，这都将导致硅片表面的钝化性能大幅降低。因此，为了保证钝化性能，硅薄膜的退火温度通常限制在800-875℃，这就导致所需要退火时间也相对较长。

由于上述原因，传统管式电热炉退火工艺时间通常需要长达90-120分钟，严重降低了该技术的生产效率，提高了应用成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明针对隧穿氧钝化接触结构提供一种快速退火方法，可以获得优异钝化和载流子传输性能，且将工艺时间大大缩短。

本发明的技术方案是提供一种制备隧穿氧钝化接触结构的快速退火方法，步骤包括：

(1)预热：将待退火样品在工艺气体下，升温到150-250℃，保温1-2min；

(2)释氢：然后升温到300-600℃，保温3-10min；

(3)晶化：再升温到780-1100℃，并保温1-15min；

(4)冷却：2-5分钟降温至600℃以下。

进一步地，步骤(1)预热过程中升温速率10～20℃/s。