高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强氢气钝化方法及应用技术

本发明专利技术公开高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强氢气钝化方法及应用。该方法是将去除表面的杂质和氧化层后的低价格硅材料制作成硅材料上表面带有SiNx:H钝化层的硅电池：然后利用激光选择性扫描硅电池高复合区，从而使高复合区的电学性质得到提高。上述方法可以直接处理太阳能硅电池。本发明专利技术钝化后低价格硅电池具有很高的稳定性，一般的热处理小于250℃不会影响激光增强的氢气钝化的效果。本发明专利技术可直接施加在制造太阳能电池的最后一步，避免了氢气钝化与其他太阳能电池制造步骤不兼容的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强氢气钝化方法及应用。
技术介绍
低价格高效率的太阳能电池是未来太阳能发电的发展方向，但是利用低价格材料例如低价格硅材料cast-mono或者UMG制造的太阳能电池往往有很多的缺陷和杂质，极大降低了电池的效率。氢气钝化被上千篇研究论文证实可以有效钝化缺陷和杂质，从而提高低价格硅材料的电学性质。但是传统的氢气钝化方法(如在氢分子氛围中加热，加热氢化氮化硅钝化层，在氢等离子体中加热等等)任然面临很多问题,钝化效果还有很大的提升空间。首先传统的氢气钝化方法只利用了一种价态的氢原子，因此无法充分钝化错位，晶界和硼氧复合体。其二，传统的氢气钝化方法有较长的硅片冷却时间，很多缺陷在硅片冷却的过程中会断开与氢原子的结合键，重新恢复电学活性，这极大降低了氢气钝化的效果。其三，传统的氢气钝化方法具有比较差的稳定性，如果硅片再次遇到超过200℃的热处理，氢气钝化效果会消失。因为传统氢气钝化方法以上的缺点，本申请人专利技术了激光增强的氢气钝化方法。激光增强的氢气钝化方法可以克服传统氢气钝化的缺点，提供更高效，更稳定的氢气钝化效果。激光增强的氢气钝化方法可以产生多种价态的氢原子(H+，H-和H0)，并通过控制光照强度调节各个价态氢原子的分布比例，从而实现最理想的氢气钝化效果。激光增强的氢气钝化方法还可以充分钝化错位，晶界和硼氧复合体，大幅提升低价格硅材料的电学性质。激光增强的氢气钝化可以实现瞬间的降温，实现氢气效果的大部分保留。激光增强的氢气钝化还可以提高氢气钝化的稳定性。另外，激光增强的氢气钝化可以作用在任何选择的区域，实现局部的氢气钝化。局部氢气钝化的实现有很大的应用价值，它可以钝化硅片局部的缺陷群，减少氢气的钝化的能量消耗，并防止具有较好氢气钝化效果的区域再次能到热处理，失去先前的氢气钝化效果。激光增强的氢气钝化还有一个优点就是可以应用在完成的太阳能电池上，从根本上防止了后续的热处理影响氢气钝化的效果。激光可以通过控制光强来调节硅片的稳定温度，从而控制氢原子从SiNx:H钝化层中释放的速度，达到平稳氢气钝化的目的，防止过多氢原子扩散出硅材料。激光还可以通过调节光照强度的大小，控制注入硅材料的电子数量，从而控制各个价态的氢原子的浓度。通过激光强度的调节，我们可以控制各个价态的氢原子在最合适的浓度，达到最理想的氢气钝化效果。激光一旦关闭，硅片的温度会瞬间下降下来，防止了成键的缺陷和氢原子对在冷却过程中重新断开，保留了最大程度的氢气钝化效果。激光还有一个很好的优点就是可以作用于局部地区，实现了局部氢气钝化，解决了缺陷复合体特别难钝化的难题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的氢气钝化方法。该方法具体是：步骤(1)、低价格硅材料的预处理将低价格硅材料用RCA试剂和体积分数为5％HF溶液清理，去除低价格硅材料表面的杂质和氧化层；所述的低价格硅材料为带有晶体缺陷和金属杂质的硅材料，为cast-mono硅材料、多晶硅材料、UMG硅材料中的一种；步骤(2)、将步骤(1)预处理后的硅材料制作成硅材料上表面带有SiNx:H钝化层的硅电池：第一种丝网印刷硅电池制作方法是将磷元素扩散进入步骤(1)预处理后的硅材料，使得硅材料表面的电阻率达到40～100Ω/□，从而硅材料的上表面形成n+发射层；利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在硅材料n+发射层的上表面生长一层75～80nm的SiNx:H钝化层，n+发射层上表面的SiNx:H钝化层也作为减反层；然后利用丝网印刷技术为SiNx:H钝化层上表面和硅材料下表面分别铺设银电极和铝金属层；最后置于810～850℃下烧结，其中烧结过程中一部分铝元素会扩散到硅材料中，致使在硅材料与铝金属层间形成P+层；由P+层与铝层构成的整个背电极达到欧姆电阻。第二种硅电池结构PERC电池制作方法是将磷元素扩散进入步骤(1)预处理后的硅材料，使得硅材料表面的电阻率达到60～100Ω/□，从而硅材料的上表面形成n+发射层；利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在n+发射层上表面和硅材料下表面各生长一层75～80nm的SiNx:H钝化层，其中n+发射层上表面的SiNx:H钝化层也作为减反层；在硅材料下表面的SiNx:H钝化层上利用激光开有通孔，然后用金属蒸发镀膜设备给硅材料镀上铝金属层，其中由于铝元素会经SiNx:H钝化层通孔扩散到硅材料中，致使在硅材料与铝金属层间形成P+层；由P+层与铝层构成的整个背电极达到欧姆电阻。步骤(3)、利用激光选择性扫描步骤(2)制备的硅电池高复合区(即highrecombinationregion)；由于激光的加热和光照效应，激光增强的氢气钝化就会发生,使得高复合区的电学性质得到提高。所述的激光光源的强度控制在15W～20W，模式为连续模式(即continuouswave)，波长为808nm，速度控制在3m/s～6m/s。该激光光源必须为线型激光。步骤(4).测试步骤(3)激光增强的氢气钝化后低价格硅电池的I-V曲线和LBIC测量，确定激光增强的氢气钝化效果。本专利技术的另一个目的是提供上述方法可直接处理太阳能电池。本专利技术具有的有益效果是：1.本专利技术可以大幅提高低价格硅材料的电学性质，从而提高低价格硅电池的效率，最终实现太阳能电池发电成本降低15％以上。2.本专利技术只需要特定激光扫描低价格硅电池一次。所需时间短，操作简单，设备价格中等，不需要其他材料，适合工业大规模生产，而且不会对环境产生危害。3.本专利技术钝化后低价格硅材料具有很高的稳定性，一般的热处理小于250℃不会影响激光增强的氢气钝化的效果。这个特性决定了该专利技术适合实际应用，一旦经过激光增强氢气钝化，电池的效率就提高了，钝化效果稳定性，质量可以保证，在以后正常的太阳能电池中，氢气钝化效果不会下降。所以该专利技术适合实际应用。4.本专利技术可以施加在制造太阳能电池的最后一步，避免了氢气钝化与其他太阳能电池制造步骤不兼容的问题。附图说明图1为激光增强的氢气钝化实施的工作平台。图2为低价格硅电池的结构图；(a)为丝网印刷型低价格硅电池。(b)为PERC类型低价格硅电池。图3为各个价态的氢原子的分布函数和与费米能级的关系。这个图解释了激光增强的氢气钝化方法的基本原理。图4为低价格硅电池在激光增强的氢气钝化前(a)后(b)的PL照片变化。图5为硅电池的LBIC扫描图；其中图a是硅电池深层氢气钝化前，图b是硅电池深层氢气钝化后，图c是硅电池表面氢气钝化前，图d是硅电池表面氢气钝化后。图6为硅电池在激光增强氢气钝化前后的I-V测试曲线。图7为硅电池在激光增强氢气钝化前后的EQE测试结果。图8为低价格硅电池在激光增强氢气钝化后的热稳定性。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的分析。以下实施例采用的激光增强氢气钝化实施的工作平台如图1所示包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强氢气钝化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)、对低价格硅材料进行预处理，去除低价格硅材料表面的杂质和氧化层；所述的低价格硅材料为带有晶体缺陷和金属杂质的硅材料；步骤(2)、将步骤(1)预处理后的硅材料制作成硅材料上表面带有SiNx:H钝化层的硅电池：步骤(3)、利用激光选择性扫描步骤(2)制备的硅电池高复合区；由于激光的加热和光照效应，激光增强的氢气钝化就会发生,使得高复合区的电学性质得到提高；所述的激光光源的强度控制在15W～20W，模式为连续模式，波长为808nm，速度控制在3m/s～6m/s。

【技术特征摘要】
1.高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强氢气钝化方法，其特
征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1)、对低价格硅材料进行预处理，去除低价格硅材料表面的杂质
和氧化层；所述的低价格硅材料为带有晶体缺陷和金属杂质的硅材料；
步骤(2)、将步骤(1)预处理后的硅材料制作成硅材料上表面带有
SiNx:H钝化层的硅电池：
步骤(3)、利用激光选择性扫描步骤(2)制备的硅电池高复合区；由于
激光的加热和光照效应，激光增强的氢气钝化就会发生,使得高复合区的电
学性质得到提高；
所述的激光光源的强度控制在15W～20W，模式为连续模式，波长为
808nm，速度控制在3m/s～6m/s。
2.如权利要求1所述的高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强
氢气钝化方法，其特征在于步骤(1)所述的低价格硅材料为cast-mono硅材
料、多晶硅材料、UMG硅材料中的一种。
3.如权利要求1所述的高效钝化低价格硅材料缺陷和杂质的激光增强
氢气钝化方法，其特征在于步骤(2)具体是将磷元素扩散进入步骤(1)预
处理后的硅材料，使得硅材料表面的电阻率达到40～100Ω/□，从而硅材
料的上表面形成n+发射层；利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在硅
材料n+发射层的上表面生长一层75～80nm的SiNx:H钝化层，n+发射层上
表面的SiNx:...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立辉，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33