[发明专利]一种缺氮的亚氮化钛薄膜、其制备方法及其在制备单晶硅太阳能电池器件中的应用

说明书

本发明公开了一种缺氮的亚氮化钛薄膜、其制备方法及其在制备单晶硅太阳能电池器件中的应用，将基底清洗干净；将基底放入样品架上，以纯Ti靶为原材料，采用直流反应磁控溅射制备工艺；在溅射过程中腔室内通入高纯N₂气；起辉后将溅射压强调整到低压下制备TiN_x薄膜。本发明拓展了TiN_x薄膜的制备方法和单晶硅太阳能电池背部钝化接触层的选择，得到的TiN_x薄膜具有高电子浓度和非化学配比的特性。本发明将SiO_y/TiN_x复合薄膜应用于晶硅太阳能电池，起到很好的辅助钝化接触效果，取决于它的电子结构与荷电的“正离子中心”。缺N的TiN_x薄层与n‑Si衬底之间的势垒，有效地降低了少数载流子(空穴)的复合率，大大提高太阳能电池的开路电压，进而达到增强光电转换效率的目的。

技术领域

本发明涉及一种先进光伏材料在新型光伏器件中的研究，其制备方法及其对晶硅太阳电池的应用，属于高效晶硅太阳能电池的制备方法和晶硅钝化接触复合材料科学技术领域。

背景技术

自从1954年贝尔实验室制作出第一个有实际应用价值的晶体硅基太阳能电池以来，钝化接触一直是限制晶硅太阳能电池转换效率的一个非常重要的因素。普通氮化钛(TiN_x(x1))薄膜材料具有较大的禁带宽度范围(3.5-4.5eV)和较高的电子浓度，TiN_x薄膜既具有共价化合物的高熔点、高硬度、良好的热稳定性以及耐腐蚀性等特点，又具有金属所特有的良好热导性和电导性，在大规模集成电路的介质阻挡层等方面得到广泛应用。后来也被不少研究者用作晶硅太阳能电池钝化接触材料，发现其具有辅助钝化晶硅表面、减少少数载流子复合、提高开路电压和光电转换效率的效果。

虽然部分研究者已经证明了TiN_x作为背部钝化层的可行性，但是并没有给出明确TiN_x中的Ti与N元素的比例，以及并没有结果显示何种比例的TiN_x对背部钝化接触性能起着关键的因素。

针对上述技术存在的难题，寻找一种简单易行的制备方法获得TiN_x薄膜，使得TiN_x薄膜与超薄SiO_x层共同起到晶硅背部钝化接触的作用，同时分析具有一定元素配比的TiN_x薄膜在新型光伏器件中的作用也是至关重要的。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种缺氮的亚氮化钛薄膜、其制备方法及其在制备单晶硅太阳能电池器件中的应用，其成本低、制备条件温和、适合大规模生产。在低压、常温环境下，采用直流反应磁控溅射法，使用纯Ti靶材，以高纯氮气(N₂)为反应气体制备TiN_x薄膜，并通过改变溅射压强得到不同元素配比的TiN_x薄膜。本发明中缺N的TiN_x薄层与n-Si衬底之间的势垒有效地降低了少数载流子(空穴)的复合率，可以大大提高太阳能电池的开路电压，进而达到增强光电转换效率的目的。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种缺氮的亚氮化钛薄膜的制备方法，采用直流反应磁控溅射制备工艺，并保持低压下制备缺氮的TiN_x薄膜，所述缺氮的亚氮化钛薄膜的制备方法包括如下步骤：

步骤1：将基底清洗干净后备用；基底采用玻璃、硅片或石英片；

步骤2：将基底放入直流磁控溅射真空腔室中样品架上，采用纯度不低于99.97％的纯 Ti靶材作为溅射源，利用真空抽气系统使得真空腔室的本底真空度不大于3×10^-4Pa；

步骤3：向直流磁控溅射真空腔室中通入纯度不低于99.999％的高纯N₂气，保持气体流量不低于40sccm；