晶体硅太阳能电池上的钝化堆叠件制造技术

本发明专利技术描述了用于制造晶体硅太阳能电池(1)器件上的钝化堆叠件的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括诸如晶体硅晶圆或晶片的晶体硅层(2)的基板；通过至少从晶体硅层(2)的一面的一部分去除氧化物层来清洁晶体硅层(2)的表面(21,23)；在至少部分清洁表面(21,23)上沉积氮氧化硅层(3)；以及在氮氧化硅层(3)的顶部沉积包含氢化的介电材料的覆盖层(5)，其中在100℃至200℃、优选100℃至150℃且甚至更优选100℃至130℃的温度下沉积氮氧化硅层(3)，其中沉积氮氧化硅层(3)的步骤包括以下子步骤：在N2环境气氛中使用N2O和SiH4作为前体气体；以及用低于2、优选低于1且甚至更优选约0.5的气体流量比的N2O与SiH4来沉积氮氧化硅。本发明专利技术还描述了通过本发明专利技术的方法可获得的晶体硅太阳能电池器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于制造晶体硅太阳能电池器件上的钝化堆叠件(passivationstack)的方法。更具体地，本专利技术涉及通过热稳定的钝化堆叠件来钝化晶体硅太阳能电池，该热稳定的钝化堆叠件通过本专利技术的方法制造。本专利技术还涉及通过本专利技术的方法可获得的晶体硅太阳能电池器件。在下文中，如果未另外规定，硅应该是指晶体、可能掺杂的硅。本领域技术人员理解，当用作太阳能电池的基底时，晶体硅晶片(chip)或晶圆(wafer)将被有目的地掺杂以使硅成为p-型或n-型。此外，本领域技术人员还理解，取决于沉积方法，下文中提及的介电材料层可包括未在化学计量式中示出的元素。例如，如果通过化学气相沉积法进行沉积，各个介电材料层可包括源自一种或多种前体气体的氢。本领域技术人员还理解，取决于沉积条件和方法，所述介电材料层可为非晶或晶体的。在下文中，使用方括号中的参考数字表示对其他公开的引用，由此这些参考文献的相关文本包括在本文中作为本公开的一部分，因为其包含本领域技术人员可能发现的可用于理解本专利技术的背景的技术信息。用于制造有成本有效的太阳能电池的关键参数比为每瓦特输出效应的成本，例如美元每瓦特。有两种降低每瓦特成本的方法：通过增加太阳能电池的效率和通过降低生产成本。具有低表面复合(recombination)速度的良好表面钝化是用于获得高效率的硅太阳能电池器件的前提，其中高的少数载流子寿命(minoritycarrierlifetime)是极其重要的。已知几种介电材料可单独地或以组合形式使用以钝化硅晶圆或晶片的表面，获得减少的表面复合。这种层的实例为氮化硅(SiNx)、非晶体硅(a-Si)、氧化铝(Al2Ox)和热生长的氧化硅(SiO2)。此外，还证实两种或更多种所提及的介电材料层的堆叠组合(诸如SiNx/a-Si；SiNx/SiO2和SiNx/Al2Ox)提供良好的表面钝化质量。在晶体硅基太阳能电池的制造过程中，太阳能电池通常暴露于高温下的一个或多个工艺步骤，通常在800℃和更高的温度范围内。一个这种工艺步骤是印刷接触件的烧制(firing)，即激活，以在晶圆中提供的接触件和p-n结点之间形成良好的连接。在任何介电材料钝化和/或抗反射层的存在下，通常必须使接触件通过提及的层进行烧制，这需要介电材料层必须能承受高温且不丧失实现其预期目的的品质。已证实单独地或与SiNx或SiO2堆叠的a-Si提供对于晶体硅表面的接近完美的钝化。然而，研究表明，如果加热至高于500℃，则a-Si丧失它的钝化性质[1]。在较低波长范围的可见光中，a-Si还具有非常高的光学吸收，因此在太阳能电池正面上的任何a-Si层可“截取(steal)”一定量的入射光。硅的热氧化也可提供良好的表面钝化。然而，这种SiO2层的生长需要很长一段时间的高温，由于加热所需的能量的量，其是低成本生产不期望的。此外，热预算还增加杂质在硅中的扩散，其在用于太阳能电池时通常为次电子级。杂质迁移可使硅中的少数载流子寿命显著降级，并因此显著降低硅太阳能电池的效率。已证实SiNx提供晶体硅的合宜钝化，但当在p-型硅晶圆上使用时，由于SiNx层中的高正电荷而存在寄生分流(parasiticshunting)问题[2]。最近，已证实具有负电荷的Al2Ox为p-型晶体硅提供非常好的表面钝化[3]。然而，Al2Ox通常通过原子层沉积法(ALD)沉积，这需要非常高的真空，并且对于以太阳能电池制造设想的批量生产速度进行结合而言是极具挑战性的。已证实氮氧化硅(SiOxNy)是用于硅的表面钝化的有前景的介电材料[4,5]。还研究在具有SiNx的堆叠件中使用SiOxNy来进行光伏应用中的表面钝化[6]。然而，目前报道的钝化质量并不足以获得令人满意的低表面复合速度。此外，SiOxNy的热稳定性是一个挑战，并且在诸如接触件烧制的高温处理之后，钝化质量通常降低。SiOxNy的沉积温度通常在250℃以及更高的范围内。本专利技术的目的是改善或减少至少一个现有技术的缺点，或至少向现有技术提供有用的可替代方式。本专利技术的目的通过下面说明书和随后的权利要求中详细描述的特征来实现。如上所述的太阳能电池的制造被认为是本领域技术人员已知的，并且只在不同于现有技术的范围内讨论本专利技术。在第一方面中，本专利技术涉及用于制造晶体硅太阳能电池器件上的钝化堆叠件的方法，所述方法包括以下步骤：-提供包括诸如晶体硅晶圆或晶片的晶体硅层的基板；-通过至少从晶体硅层的一面的一部分去除氧化物层来清洁晶体硅层的表面；-在至少部分清洁表面上沉积氮氧化硅层；-在氮氧化硅层的顶部沉积包含氢化的介电材料的覆盖层(cappinglayer)，其中在100℃至200℃、优选100℃至150℃且甚至更优选100℃至130℃的温度下沉积氮氧化硅层；-在N2环境气氛中使用N2O和SiH4作为前体气体；以及-使用低于2、优选低于1且甚至更优选约0.5的气体流量比的N2O与SiH4来沉积氮氧化硅。非常低的沉积温度的效果是显著改善的钝化效果和热稳定性，如在下文参考附图更详细地描述的。已证实用于生产根据本专利技术的第一方面的钝化堆叠件的前体气体的组合产生惊人的良好钝化结果。申请人的实验证实，氮氧化硅中的高硅含量有利于钝化质量。然而，还发现钝化质量对氮氧化硅组成的敏感性随沉积温度的降低而降低。本领域技术人员知晓从晶体硅层中去除氧化物的不同方法。氧化物可为当暴露于含氧气氛时在硅基板上自然生长的几纳米的所谓原生氧化物。作为实例，可通过液体氢氟酸或者通过在PECVD室中的等离子体蚀刻来实施清洁。此外，可通过完全RCA清洗、通过过氧硫酸(piranha)蚀刻(包含硫酸和过氧化氢的混合物)或者通过其他已知的去除除氧化物层之外的有机污染物的清洁程序来化学清洁晶体硅层。在一个实施方案中，沉积氮氧化硅层的步骤可包括使用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。已证实PECVD产生具有高重现性的介电材料层，同时与大规模太阳能电池的制造相容。本领域技术人员还理解，可通过诸如其他化学气相沉积技术和溅射的其他沉积方法来沉积氮氧化硅层。本领域技术人员理解，通过这种方法和在上述温度下沉积的氮氧化硅层将是氢化的并且为非晶形、微晶或混相。在一个实施方案中，沉积氮氧化硅层的步骤可包括沉积具有小于10nm、优选小于5纳米且甚至更优选约3纳米的厚度的所述层。已证实已经用厚度只有几纳米的层实现了氮氧化硅的良好钝化质量。所述层的厚度减小意味着<本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在晶体硅太阳能电池器件(1)上制造钝化堆叠件的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供包括诸如晶体硅晶圆或晶片的晶体硅层(2)的基板；‑通过至少从所述晶体硅层(2)的一面的一部分去除氧化物层来清洁所述晶体硅层(2)的表面(21,23)；‑在至少部分清洁的表面(21,23)上沉积氮氧化硅层(3)；以及‑在所述氮氧化硅层(3)的顶部沉积包含氢化的介电材料的覆盖层(5)，其中在100℃至200℃、优选100℃至150℃且甚至更优选100℃至130℃的温度下沉积氮氧化硅层(3)，特征在于沉积所述氮氧化硅层(3)的步骤包括以下子步骤：‑在N2环境气氛中使用N2O和SiH4作为前体气体；以及‑用低于2、优选低于1且甚至更优选约0.5的N2O与SiH4的气体流量比来沉积氮氧化硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.19 NO 201315491.用于在晶体硅太阳能电池器件(1)上制造钝化堆叠件的方法，所述方法
包括以下步骤：
-提供包括诸如晶体硅晶圆或晶片的晶体硅层(2)的基板；
-通过至少从所述晶体硅层(2)的一面的一部分去除氧化物层来清洁所述
晶体硅层(2)的表面(21,23)；
-在至少部分清洁的表面(21,23)上沉积氮氧化硅层(3)；以及
-在所述氮氧化硅层(3)的顶部沉积包含氢化的介电材料的覆盖层(5)，其
中在100℃至200℃、优选100℃至150℃且甚至更优选100℃至130℃的温度
下沉积氮氧化硅层(3)，特征在于沉积所述氮氧化硅层(3)的步骤包括以下子步
骤：
-在N2环境气氛中使用N2O和SiH4作为前体气体；以及
-用低于2、优选低于1且甚至更优选约0.5的N2O与SiH4的气体流量
比来沉积氮氧化硅。
2.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述氮氧化硅层(3)的步骤包括
使用等离子体增强的化学气相沉积。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中沉积所述氮氧化硅层(3)的步骤
包括以小于10nm、优选小于5纳米且甚至更优选约3纳米的厚度沉积所述<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊杰，周肃，H·豪格，E·斯鲁德马斯泰因，S·E·福斯，王文静，周春兰，
申请(专利权)人：能源技术研究所，
类型：发明
国别省市：挪威;NO