一种氧化硅钝化层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化硅钝化层的制备方法，包括以下步骤：在硅片表面制备第IVB族金属的氧化物薄膜，对制备有第IVB族金属的氧化物薄膜的硅片进行退火，在退火过程中硅片与第IVB族金属的氧化物薄膜的界面处形成氧化硅钝化层。本发明专利技术的氧化硅钝化层在退火过程中形成，该退火过程可在现有常规设备中进行，无需专门引入高温热氧化过程和设备，具有量产门槛低、运营成本低、制程短的优点。

Method for preparing silicon oxide passivation layer

The invention discloses a method for preparing a silicon oxide passivation layer, which comprises the following steps: in the group IVB metal oxide thin films prepared on silicon wafer surface, silicon oxide films prepared with IVB metal on the annealed interface of oxide film on silicon wafer and IVB metal oxide formation the passivation layer during annealing. The invention of the silicon oxide passivation layer formed during annealing, the annealing process can be carried out in conventional equipment, without special introduction of high temperature thermal oxidation process and production equipment, has the advantages of low threshold, low cost, short process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于晶体硅光伏电池制备
，具体涉及一种氧化硅钝化层的制备方法。
技术介绍
常规铝背场电池正面采用SiN钝化，背面采用铝浆烧结形成铝背场，没有专门的钝化层，该结构电池的电性能基本达到瓶颈，效率提升困难。此时，晶硅太阳能电池背面复合问题的影响已经凸显出来。为了解决这一问题，出现了背面钝化的晶硅太阳能电池结构，即在电池背面制备SiO2、Al2O3等各种介质膜，对背面进行钝化，显著降低背面复合几率提升电池整体有效载流子寿命，将多晶绝对效率提升0.5～0.8%，单晶绝对效率提升0.8～1%，由于采用了背面钝化称为PERC（passivatedemitterandrearcell）电池。目前PERC电池的量产的背钝化实现方式是在电池背面沉积Al2O3，利用Al2O3固定负电电荷，在P型电池背表面可以形成固定电场层，排斥负电荷向背面扩散，降低正负电荷相遇几率进而实现背面钝化，是一种较好的钝化膜。尽管单层氧化铝在常规烧结中能够保证良好的钝化效果，但是由于三甲基铝（TMA）价格很高，必须降低TMA源气的耗量，以更薄的氧化铝层来获得良好的钝化效果。由于当氧化铝作为背面P+层钝化时，在后道工艺中会经历铝浆侵蚀，氧化铝对铝浆中的化学成分抗性弱，造成后道工序工艺窗口很窄而会失去钝化效果。因而Al2O3镀膜后需要再镀一层SiNx保护层。氮化硅覆盖层能够抵抗铝浆烧结侵蚀，提高钝化层稳定性，进而扩宽工艺窗口，同时氮化硅中的氢会透过氧化铝层对硅片表面更进一步的化学钝化，降低缺陷密度。然而，采用氧化铝/氮化硅叠层钝化时，存在以下问题：需要引入平板PECVD或者是ALD的氧化铝沉积系统，这些系统目前售价均值2000万级别，进入门槛很高；三甲基铝作为有机金属源，价格昂贵生产成本高；同时日常生产中对设备的维护成本也很高。在不增加设备的基础上，为实现电池的背面钝化，通常也采用热氧化生成氧化硅对硅片表面进行化学钝化。该层氧化硅对p层和n型表面都能形成良好的钝化，经常作为太阳能电池背面的钝化层；同时当氧化硅层厚度超过100nm时，还能够形成良好的背反射。大幅降低PERC电池量产的资金和设备投入。然而，现有热氧化生成氮化硅的方法中存在以下问题：（1）热氧化生成氧化硅的速度很慢，且热氧化所需的高温（高达900℃）会引入热缺陷，从而大幅降低电池体寿命，特别是对于多晶电池尤为致命；（2）热氧化生成的氧化硅是十分不稳定的，通常采用覆盖氧化铝或氮化硅层进行保护，即便如此当温度超过500℃钝化效果将劣化，而光伏电池的后道工艺经常有超过500℃的高温存在；（3）目前的沉积氮化硅的管式PECVD设备最高只能维持在600℃温度，不能用于热氧化生成二氧化硅，因而热氧化生成氧化硅不能在现有设备中完成，也就是说，需要增加专门用于热氧化的设备和增加制程数量，但这会影响产能和成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种量产门槛低、运营成本低、制程短的氧化硅钝化层的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种氧化硅钝化层的制备方法，包括以下步骤：（1）在硅片表面制备第IVB族金属的氧化物薄膜；（2）对制备有第IVB族金属的氧化物薄膜的硅片进行退火，在硅片与第IVB族金属的氧化物薄膜的界面处形成氧化硅钝化层。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述第IVB族金属的氧化物薄膜为氧化钛、氧化锆或氧化铪。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述第IVB族金属的氧化物薄膜的厚度为5nm～50nm。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述第IVB族金属的氧化物薄膜采用气相沉积的方法制备得到。更优选的，所述气相沉积的方法为PECVD法、磁控溅射法或原子层沉积法。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述退火在氧气气氛下进行。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述退火的温度为400℃～700℃；所述退火的时间为10min～40min。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中还包括在所述第IVB族金属的氧化物薄膜上制备氮化硅薄膜。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述氮化硅薄膜的厚度为50nm～200nm。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述氮化硅薄膜采用PECVD法制备得到。上述的氧化硅钝化层的制备方法中，优选的，所述硅片为p型硅片或n型硅片。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种氧化硅钝化层的制备方法，首先在硅片表面制备第IVB族金属的氧化物薄膜，然对制备有第IVB族金属的氧化物薄膜的硅片进行退火，在退火过程中硅片与第IVB族金属的氧化物薄膜的界面处形成氧化硅钝化层。本专利技术中在硅片表面制备了第IVB族金属的氧化物薄膜，其中第IVB族金属的氧化物薄膜是一种保护膜，由于该层IVB族金属的氧化物薄膜的存在，在经历后道工序高温烧结时，该氧化物薄膜能够保证氧化硅钝化层的均匀性和稳定性，同时在制备氧化硅钝化层中作为氧来源，为硅片表面生成氧化硅钝化层提供氧原子。本专利技术中氧化硅钝化层在退火过程中形成，该退火过程可在现有常规设备中进行，无需专门引入高温热氧化过程和设备，也就是说，本专利技术的退火过程可集成到现有常规设备和制备工艺中，利用现有的设备和工艺制备氧化硅钝化层。如，本专利技术的退火过程可以在氮化硅正面减反射膜的沉积设备中完成，可以将退火过程集成到氮化硅正面减反膜工艺中。由此可见，本专利技术的制备方法具有量产门槛低、运营成本低、制程短的优点。2、本专利技术的制备方法中，在氧气气氛下进行退火，氧原子能够渗透过IVB族金属的氧化物薄膜为硅片表面氧化补充氧源，进而生成更加致密的氧化硅层。同时，本专利技术的退火温度为400℃～700℃，相比热氧化生成氧化硅的反应温度大幅降低，这避免了硅片经历过多的高温过程，进而消除高温所导致的热缺陷，且退火所需时间较短，有利于降低生产成本。3.本专利技术的制备方法中，在第IVB族金属的氧化物薄膜上制备了氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜能够很好的抵抗铝浆烧结的侵蚀保证钝化作用，从而保证IVB族金属的氧化物薄膜在烧结过程中的稳定性，从而克服由于后道工艺中有在背面印刷铝浆并高温烧结，铝浆中的玻璃成分容易侵蚀氧化硅和IVB族金属的氧化物薄膜造成氧化硅钝化失效等问题。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。实施例1：一种本专利技术的氧化硅钝化层的制备方法，包括以下步骤：（1）将p型直拉制绒单晶硅片（电阻率1Ω·cm～3Ω·cm，厚度150μm，边长156.75mm×156.75mm）进行磷扩散，扩散后N型表面方块电阻65～75欧姆。然后对扩散后的硅片进行二次清洗。（2）经二次清洗后，采用气相沉积的方法在硅片背面制备第IVB族金属的氧化物薄膜，其中第IVB族金属的氧化物薄膜为氧化钛，厚度为20nm。所采用的气相沉积的方法为PECVD法，其工艺参数为：沉积压强0.15mbar，沉积温度300℃，射频功率1200W，氧气流量1000sccm，钛酸异丙酯液体流量为600mL/min，携源气体氩气流量800sccm，沉积时间5min。（3）采用等离子体气相沉积方法（PECVD）在步骤（2）制备的第IVB族金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化硅钝化层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在硅片表面制备第IVB族金属的氧化物薄膜；（2）对制备有第IVB族金属的氧化物薄膜的硅片进行退火，在硅片与第IVB族金属的氧化物薄膜的界面处形成氧化硅钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种氧化硅钝化层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在硅片表面制备第IVB族金属的氧化物薄膜；（2）对制备有第IVB族金属的氧化物薄膜的硅片进行退火，在硅片与第IVB族金属的氧化物薄膜的界面处形成氧化硅钝化层。2.根据权利要求1所述的氧化硅钝化层的制备方法，其特征在于，所述第IVB族金属的氧化物薄膜为氧化钛、氧化锆或氧化铪。3.根据权利要求2所述的氧化硅钝化层的制备方法，其特征在于，所述第IVB族金属的氧化物薄膜的厚度为5nm～50nm。4.根据权利要求3所述的氧化硅钝化层的制备方法，其特征在于，所述第IVB族金属的氧化物薄膜采用气相沉积的方法制备得到。5.根据权利要求1～4中任一项所述的氧化硅钝化层的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵保星，赵增超，周子游，刘文峰，
申请(专利权)人：湖南红太阳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43