一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法技术

本发明专利技术提供了一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，其钝化步骤如下：首先在N型硅衬底的两面分别形成磷掺杂N+层和硼发射极P+层；然后将N型硅衬底进行氧化钝化处理，在磷掺杂N+层和硼发射极P+层上分别生成氧化硅薄膜；最后在N型硅衬底两面的氧化硅薄膜上沉积SiNx薄膜；本发明专利技术利用二氧化硅和氮化硅叠层薄膜作为硼发射极的钝化膜，其中二氧化硅由低温干法氧化制备生成，厚度为2～10nm，氮化硅采用PECVD方法制备；此钝化膜体系制备工艺较为简单，制程可控性强、设备成本低、耗材成本低，能够与当前晶体硅电池制造生产线设备兼容，适于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法
本专利技术涉及太阳能电池生产
，特别是一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法。
技术介绍
目前晶体硅电池是太阳能电池市场的主流产品，晶硅太阳能电池从材料基体类型上又可以分为P型晶硅电池和N型晶硅电池。相对于P型单晶硅电池，N型单晶硅电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等特点，在效率提升方面有巨大的潜力。对于简单结构的N型晶硅电池而言，制备流程通常是制绒－>硼扩散－>磷扩散/注入－>钝化－>减反射膜沉积－>电极印刷，其中对硼发射极（P+层）的钝化对于电池的性能至关重要。目前针对硼发射极钝化的薄膜材料体系和技术方法有很多，有用原子层沉积法（ALD）制备氧化铝（Al2O3）薄膜来钝化；利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法沉积Al2O3薄膜钝化；有使用氢化非晶硅（α-Si:H）薄膜来实现钝化；采用在硝酸溶液中处理来制备氧化钝化膜等方法。但是传统ALD设备本身具有生长速率慢、材料利用率低和设备价格昂贵的缺点，与规模化生产的太阳电池工业不兼容，只有随着技术进步和设备成本的降低，连续沉积式的ALD设备和Al2O3薄膜钝化工艺才能进入太阳能电池生产。PECVD制备α-Si:H薄膜也存在化学材料利用率低且α-Si:H薄膜经过烧结后H流失钝化性能下降的问题。因此，寻求钝化性能良好、制程可控性强、设备成本低、耗材成本低的钝化方法对于N型电池的大规模推广有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，利用二氧化硅和氮化硅叠层薄膜作为硼发射极的钝化膜，其中二氧化硅由低温干法氧化制备生成，厚度为2～10nm，氮化硅采用PECVD方法制备。此钝化膜体系制备工艺较为简单，制程可控性强、设备成本低、耗材成本低，能够与当前晶体硅电池制造生产线设备兼容，适于大规模工业化生产。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，其特征在于钝化步骤如下：（1）在N型硅衬底的两面通过两次扩散或离子注入，在N型硅衬底的两面分别形成磷掺杂N+层和硼发射极P+层；（2）把步骤（1）中的N型硅衬底置于高纯氧气气氛中进行氧化钝化处理，通过低温热氧化在磷掺杂P+层和磷掺杂N+层上分别生成一层氧化硅薄膜；（3）在N型硅衬底两面的氧化硅薄膜上沉积SiNx薄膜。步骤（1）中的两次扩散指：将N型硅衬底通过高温硼扩散实现N型硅衬底单面硼掺杂制备出硼发射极P+层；通过湿法刻蚀去除硼发射极P+层表面的硼硅玻璃层、背面扩散绕射层，在硼发射极P+层上制备磷扩散掩膜层，再对N型硅衬底的另一面进行磷扩散形成磷掺杂N+层，利用化学刻蚀方法去除磷掺杂N+层表面的磷硅玻璃层及硼发射极面的扩散掩膜层；步骤（1）中的离子注入是指将N型硅衬底通过高温硼扩散实现N型硅衬底单面硼掺杂制备出硼发射极P+层；通过湿法刻蚀去除硼发射极P+层表面的硼硅玻璃层、背面扩散绕射层，再对N型硅衬底的另一面进行磷注入，经过低温退火激活形成磷掺杂N+层。步骤（2）中生成的氧化硅薄膜的厚度为2～10nm。步骤（2）中氧化钝化处理的氧化温度为650℃－790℃，氧气流量为0.3－10slm，氧化时间为5min－60min。步骤（3）中的沉积采用等离子增强化学气相沉积方法进行沉积，通过控制沉积条件，使SiNx薄膜中富含H。步骤（3）中的沉积温度为400－450℃，沉积时间为8－15min，沉积时SiH4流量为500sccm－1700sccm，NH3流量为4000sccm－8000sccm，射频功率为5000W－7000W，沉积气压为1300－2000mTorr，制备SiNx薄膜厚度为65－75nm。本专利技术的有益效果是：利用氧化硅/氮化硅叠层作为N型电池硼发射极的钝化层，在工艺方法上氧化硅有低温干法氧化工艺制备，氮化硅由PECVD技术制备。低温干法氧化可以在硼发射极和磷扩散层上同时形成氧化硅薄层，可以有效地降低硼发射极和磷扩散层表面的悬键密度，实现对电池正面和背面的同时钝化；同时富含H的氮化硅薄膜在电池制备烧结过程中H扩散至Si/SiO2界面，饱和界面处的悬键，对硼发射极和磷掺杂层表面进一步钝化。制备氧化硅钝化膜的氧化温度在650℃－790℃，温度较低，对硼扩散及磷扩散的浓度曲线分布影响不大，易于控制；避免了硅片经历传统干法氧化的高温过程（850℃～1100℃），可以保持少子寿命不因高温过程而衰减。此外，氧化使用的设备为管式炉，是晶硅电池产线最为普通的设备，与原子层沉积设备及制备Al2O3薄膜的PECVD设备相比，设备费用和耗材费用都很低，因此低温干法氧化钝化是一种简单、经济的工艺方法，易于大规模生产。附图说明图1是本专利技术的钝化薄膜结构示意图；其中，附图1标记为：1是硅片两面的SiNx层；2是P+层和N+层上面的SiO2钝化层；3是硼掺杂发射极P+；4是N型硅基底；5是磷掺杂层N+。具体实施方式实施例1如图1所示，一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，包括如下步骤：（1）采用N型单晶硅硅片为衬底，电阻率为1~12W·cm，厚度为170~200mm，将硅片进行清洗，去除表面的损伤层，碱溶液对硅片进行制绒处理；（2）将上述硅片通过高温硼扩散实现硅片单面硼掺杂制备出硼发射极P+层；（3）通过湿法刻蚀去除表面硼硅玻璃、背面扩散绕射层，在硼发射极P+层上制备磷扩散掩膜层；（4）利用管式炉对硅片的另外一面进行磷扩散形成N+层，利用化学刻蚀方法去除表面的磷硅玻璃层及硼发射极P+层的扩散掩膜层；（5）把（4）中的硅片放入氧化炉中在高纯氧气气氛中进行氧化钝化处理，氧化温度为650℃－790℃，优选720℃，氧化时间为5min－60min，优选25min，氧气流量为0.3slm－10slm，优选3slm，在硅片两面同时生成氧化硅薄膜，厚度为2－10nm；（6）通过PECVD的方法在硅片两面的氧化硅薄膜上沉积SiNx薄膜，沉积温度为400－460℃，优选450℃，沉积时间为8－15min，优选12min，沉积时SiH4流量为500sccm－1700sccm，NH3流量为4000sccm－8000sccm，射频功率为5000W－7000W，沉积气压为1300－2000mTorr，制备SiNx薄膜厚度为65－75nm。实施例2如图1所示，一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，包括如下步骤：（1）采用N型单晶硅硅片为衬底，电阻率为1~12W·cm，厚度为170~200mm，将硅片进行清洗，去除表面的损伤层，碱溶液对硅片进行制绒处理；（2）将上述硅片通过高温硼扩散实现硅片单面硼掺杂制备出硼发射极P+层；（3）通过湿法刻蚀去除表面硼硅玻璃、背面扩散绕射层，利用注入的方法在硅片的另外一面进行磷掺杂，退火处理后形成磷掺杂N+层；（4）把（3）中的硅片放入氧化炉中在高纯氧气气氛中进行氧化钝化处理，氧化温度为670℃，氧化时间为45min，氧气流量为5slm，在硅片两面同时生成氧化硅薄膜，厚度为2－10nm；（5）通过PECVD的方法在硅片两面的氧化硅薄膜上沉积SiNx薄膜，沉积温度为440℃，沉积时间为10min，沉积时SiH4流量为1000sccm，NH3流量为6000sccm，射频功率为5500W，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，其特征在于钝化步骤如下：（1）在N型硅衬底的两面通过两次扩散或离子注入，在N型硅衬底的两面分别形成磷掺杂N+层和硼发射极P+层；（2）把步骤（1）中的N型硅衬底置于高纯氧气气氛中进行氧化钝化处理，通过低温热氧化在硼发射极P+层和磷掺杂N+层上分别生成一层氧化硅薄膜；（3）在N型硅衬底两面的氧化硅薄膜上沉积SiNx薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，其特征在于钝化步骤如下：（1）在N型硅衬底的两面通过两次扩散或离子注入，在N型硅衬底的两面分别形成磷掺杂N+层和硼发射极P+层；（2）把步骤（1）中的N型硅衬底置于高纯氧气气氛中进行氧化钝化处理，通过低温热氧化在硼发射极P+层和磷掺杂N+层上分别生成一层氧化硅薄膜；所述氧化钝化处理的氧化温度为650℃－790℃，氧气流量为0.3－10slm，氧化时间为5min－60min；（3）在N型硅衬底两面的氧化硅薄膜上沉积SiNx薄膜。2.根据权利要求1所述的一种N型晶硅电池硼发射极的钝化方法，其特征在于：步骤（1）中的两次扩散指：将N型硅衬底通过高温硼扩散实现N型硅衬底单面硼掺杂制备出硼发射极P+层；通过湿法刻蚀去除硼发射极P+层表面的硼硅玻璃层、背面扩散绕射层，在硼发射极P+层上制备磷扩散掩膜层，再对N型硅衬底的另一面进行磷扩散形成磷掺杂N+层，利用化学刻蚀方法去除磷掺杂N+层表面的磷硅玻璃层及硼发射极面的扩散掩膜层；步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中伟，廖亚琴，张世勇，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51