一种多晶硅薄膜的制备方法及其产物和包含该多晶硅薄膜的太阳能电池技术

本发明专利技术提供了一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括：(a)沉积非晶硅薄膜；(b)采用脉冲光照射上述非晶硅薄膜，使其晶化。本发明专利技术还提供了上述制备方法的产物和包含该产物的太阳能电池。本发明专利技术处理温度低，处理时间短，可有效减少非晶硅薄膜中的杂质元素扩散，减少对相邻层材料的破坏和影响，使器件获得较优性能。

A preparation method of polysilicon thin film and its products and solar cells containing the polysilicon film

The invention provides a method for preparing polycrystalline silicon thin films, which is characterized by comprising: (a) depositing amorphous silicon thin films; and (b) irradiating amorphous silicon films by pulsed light to crystallize them. The invention also provides a product of the preparation method mentioned above and a solar cell including the product. The invention has the advantages of low treatment temperature and short processing time, which can effectively reduce the diffusion of impurity elements in amorphous silicon thin films, reduce the damage and influence on adjacent layer materials, and achieve better performance of devices.

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅薄膜的制备方法及其产物和包含该多晶硅薄膜的太阳能电池
本专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种多晶硅薄膜的制备方法及其产物以及包含该产物的太阳能电池。
技术介绍
多晶硅薄膜在太阳电池领域具有广泛的应用，尤其是在近年来发展迅速的隧穿氧化钝化背接触电极(TOPCon)太阳电池中。TOPCon电池采用N型硅片，硅片背面上覆盖一层厚度在2nm以下的超薄氧化硅层，然后再覆盖一层掺杂的多晶硅薄膜层。电池的背面结构依次为N型硅片/超薄隧穿氧化层/N+多晶硅层/金属电极层。当电池工作时，光生电子从N型硅衬底隧穿通过氧化硅进入掺杂多晶硅层中被外电路收集形成光电流。理论模拟和实验验证表明，获得高效TOPCon太阳电池的一个关键技术是制备背面高掺杂浓度的多晶硅层，同时能保证氧化硅层的完整性。现有的制备此类高效太阳电池所需的多晶硅层的方法，包括热退火非晶硅晶化发法和直接沉积法，主要以热退火晶化非晶硅为主。热退火晶化非晶硅制备多晶硅层的方法，通常为将非晶硅薄膜放置在氮气保护下850-900℃处理30-60min，使其充分晶化。经过该过程处理，非晶硅能够很好地结晶。然而，此方法需要对非晶硅进行长时间的高温处理，容易造成杂质元素的扩散，例如对于TOPCon电池而言，用此方法制备背面N+多晶硅层时，就会使非晶硅薄膜中的磷杂质往二氧化硅层中扩散，破坏了氧化硅的完整性和钝化效果，从而降低器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多晶硅薄膜的制备方法，能够减少非晶硅晶化过程杂质元素的扩散。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法的产物以及包含该产物的太阳能电池，多晶硅薄膜晶化充分，同时杂质元素含量低。本专利技术的技术方案是：一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括：(a)沉积非晶硅薄膜；(b)采用脉冲光照射上述非晶硅薄膜，使其晶化。利用脉冲光诱导晶化非晶硅的方法制备多晶硅薄膜，晶化效率高，处理温度低，处理时间短，可有效减少非晶硅薄膜中的元素扩散，减少对相邻层材料的破坏和影响，使器件获得较优性能。进一步的，上述脉冲光的脉冲宽度为100-1000微秒，处理次数为1-10次，脉冲光处理时的衬底温度为50-550℃。优选地，所述脉冲光来自于氙灯。优选地，所述脉冲光的脉冲宽度为100-500微秒。优选地，所述脉冲光的处理次数为1-5次。优选地，所述脉冲光处理时的衬底温度为300-500℃。氙灯的光谱范围较宽，非晶硅又比较薄，须选择合适的脉冲光处理条件来实现晶化要求。现有的常规晶化方式为800-900度热退火30-60分钟，需高温工艺且处理时间长、不利于大面积连续晶化。本专利技术在衬底温度550度以下即可实现晶化要求。进一步的，上述非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜或掺杂非晶硅薄膜。进一步的，上述掺杂非晶硅薄膜为硼掺杂非晶硅薄膜或磷掺杂非晶硅薄膜。掺杂非晶硅薄膜通过脉冲光晶化处理能够更多地提高太阳能电池器件的性能，以磷掺杂非晶硅薄膜(n型)的晶化为例，通过脉冲光晶化处理能够有效提升磷杂质的掺杂效率，提高材料中的费米能级，进而提高太阳电池器件的开路电压(Voc)；同时，通过脉冲光晶化处理还可以提高材料的电导率(包括自由电子浓度和电子迁移率)，进而提升器件的填充因子(FF)。进一步的，上述非晶硅薄膜的厚度为5-250nm。如果厚度太小，一般不能形成完整的p/n结，而厚度太大，会造成较高的寄生吸收和额外的串联电阻，不利于制作高效太阳电池，在本工艺中，优选地，所述非晶硅薄膜的厚度为10-100nm。优选地，所述非晶硅薄膜的厚度为20-50nm。进一步的，所述(b)步骤中，在脉冲光照射之前，还包括衬底预热步骤，预热温度为100-400℃，预热时间为1-10min。采用预热步骤，不仅降低晶化所需的脉冲光能量，还可以减少了采用瞬间升温+脉冲晶化导致的薄膜龟裂、产生应力、引入缺陷等问题，保障了薄膜的质量。进一步的，所述(b)步骤中，在脉冲光和非晶硅薄膜之间设有短波滤波片。对于较薄的非晶硅薄膜(50nm以下)，对光的吸收较弱，可以通过增加光脉冲的强度，或增加脉冲的宽度，及脉冲的次数来使其晶化，但通常情况下，氙灯的光谱较宽，没有被较薄的非晶硅吸收的长波光会被衬底吸收，从而使衬底加热，而温度过高时，会导致衬底及晶化非晶硅层相邻功能层性能降低。通过设置短波滤波片，使通过滤色片照射到样品的脉冲光只有短波，从而使得脉冲光只在非层硅层被吸收，减少对衬底或相邻功能层的影响，能够解决上述问题。进一步的，在所述短波滤波片和非晶硅薄膜之间设有柱状聚光镜。加入柱状聚光镜能够形成线性光源，样品在线性光源下沿着垂直于线性光源的方向扫描，从而可以实现非晶硅薄膜大面积晶化的目的。一种多晶硅薄膜，其特征在于，所述多晶硅薄膜通过上述的制备方法所得。使用该方法制备的多晶硅薄膜，与常规方法比较而言，晶化率更高，尤其对掺杂态非晶硅薄膜的晶化而言，掺杂元素的激活效率更高(如有更高的Voc和FF)一种晶体硅太阳电池，其特征在于，所述太阳电池中包含权利要求10所述的多晶硅薄膜，能够使太阳电池的Voc和FF更高，进而实现更高的电池效率。本专利技术具有以下有益的技术效果：(1)该制备方法处理温度低，处理时间短，可有效减少非晶硅薄膜中的杂质元素扩散，减少对相邻层材料的破坏和影响，使器件获得较优性能；(2)该制备方法特别适合对较薄的非晶硅薄膜(10-250nm)进行晶化处理，晶化效率高，可达到90％以上；(3)该制备方法对硅片进行局部光照处理，有效降低能耗，提高产量；(4)该制备方法易于实现滤波照射，减少长波段光对衬底的加热效应，保障高效太阳电池性能；(5)该制备方法采用脉冲光诱导晶化的方式，使用非晶硅薄膜制备设备和提供脉冲光照射的晶化处理设备，成本低，可实现大面积晶化，设备搭建简单、投入小，易于集成，并适于连续晶化处理，可以与现有产线良好兼容，适合高效低成本太阳电池的制备；(6)利用该制备方法得到的多晶硅薄膜晶化效率高、杂质含量低，而利用该制备方法得到的多晶硅薄膜制备的太阳能电池，能够有效保持硅片的体寿命，避免硅片发射极和背表面钝化效率的降低和吸收层中少子寿命下降，有利于保持成品器件的性能；【具体实施方式】以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步描述。以下所提供的实施例并非用以限制本专利技术所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本专利技术做显而易见的改进，亦落入本专利技术要求的保护范围之内。实施例一在TOPCon电池背面的氧化硅上，采用等离子体增强气相沉积依次生长一层厚度约为20nm的本征非晶硅薄膜，将样品放置在400℃的加热台上3min之后，采用脉冲宽度为300μs的氙灯脉冲照射1次，得到多晶硅薄膜。通过拉曼法(Raman)测试可以发现，该薄膜晶化率提升至90％，采用电化学电容电压法(ECV)测试可以得到其中磷浓度约为6×1020cm-3。实施例二在TOPCon电池背面的氧化硅上，采用等离子体增强气相沉积依次生长一层厚度约为30nm的本征非晶硅薄膜，将样品放置在500℃的加热台上10min之后，采用脉冲宽度为300μs的氙灯照射2次。脉冲光照射时，在脉冲光和非晶硅薄膜之间设有短波滤波片，在短波滤波片和非晶硅薄膜之间设有柱状聚光镜。通过拉曼法(Raman)测试可以发现，非晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括：(a)沉积非晶硅薄膜；(b)采用脉冲光照射上述非晶硅薄膜，使其晶化。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括：(a)沉积非晶硅薄膜；(b)采用脉冲光照射上述非晶硅薄膜，使其晶化。2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述脉冲光的脉冲宽度为100-1000微秒，处理次数为1-10次，脉冲光处理时的衬底温度为50-550℃。3.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述脉冲光来自于氙灯。4.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜或掺杂非晶硅薄膜。5.根据权利要求4所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述掺杂非晶硅薄膜为硼掺杂非晶硅薄膜或磷掺杂非晶硅薄膜。6.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫宝杰，叶继春，曾俞衡，高平奇，廖明墩，王丹，童慧，韩灿，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33