一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用，具体地，本发明专利技术公开了一种用于制备太阳能电池的载流子钝化隧穿薄膜的用途，所述薄膜含有五氧化二钽(Ta2O5)。本发明专利技术还提供了一种用于制备太阳能电池的载流子传输结构及其制备方法。本发明专利技术提供的载流子钝化隧穿薄膜克服了氧化硅作为钝化隧穿层在钝化接触异质结电池应用方面的缺点。

Preparation of a passivated tunneling layer material and its application in solar cells

The present invention relates to the preparation of passive tunneling layer material and its application in solar cells. In particular, the present invention discloses the use of carrier passive tunneling film for preparing solar cells, which contains tantalum pentoxide (Ta2O5). The invention also provides a carrier transmission structure for preparing solar cells and a preparation method thereof. The carrier passivation tunneling film provided by the invention overcomes the shortcomings of silicon oxide used as passivation tunneling layer in passivation contact heterojunction battery application.

【技术实现步骤摘要】
一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用
本专利技术属于无机材料领域，具体地，本专利技术涉及一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用。
技术介绍
近年来，隧穿氧钝化接触晶硅太阳电池(英文也称TOPCon或POLO电池)已经成为国际光伏领域的热点，该电池是一种通过氧化硅和掺杂多晶硅实现全面积高效钝化和载流子收集的电池器件，其器件结构如图1所示。与常规的晶硅太阳电池相比，隧穿氧钝化接触晶硅太阳电池结构上主要增加了氧化硅钝化隧穿层和多晶硅载流子收集层两个特征功能层，形成电子或空穴选择性传输结构。而且，隧穿氧钝化接触晶硅电池的两个特征功能层可以采用高温制备工艺，与现有的晶硅电池生产制造工艺兼容。因此，隧穿氧钝化接触晶硅电池在产业化应用方面是非常有前途的。然而，氧化硅作为钝化隧穿层仍有与硅之间形成的带阶过大，厚度需低于2nm等缺陷难以克服，从而影响了该结构电池潜力的充分发挥。因此，开发一种新型的性能更优异的钝化隧穿层材料对提高隧穿氧钝化接触晶硅太阳电池性能具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钝化隧穿层材料。本专利技术的目的还在于提供一种钝化隧穿层材料的制备方法和应用。本专利技术第一方面提供了一种载流子钝化隧穿薄膜的用途，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta2O5)；所述薄膜用于制备太阳能电池。在另一优选例中，所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池。在另一优选例中，所述载流子钝化隧穿薄膜的厚度为0.5-5nm；较佳地，为1-2.5nm。在另一优选例中，所述载流子为电子或空穴。在另一优选例中，所述载流子钝化隧穿薄膜的制备方法包括：采用磁控溅射(Sputter)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热蒸发(ThermalEvaporator)、电子束蒸发(E-beamEvaporator)、低压化学气相沉积(LPCVD)或原子层沉积(ALD)方法，在硅片上沉积五氧化二钽(Ta2O5)，从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。在另一优选例中，采用原子层沉积(ALD)法沉积五氧化二钽(Ta2O5)。在另一优选例中，所述制备方法采用原子层沉积(ALD)，包括如下步骤：(a)在载有硅片的真空腔体中，通入含钽(Ta)前驱体分子的气体；(b)通入惰性气体；(c)通入含氧(O)前驱体分子的气体；(d)通入惰性气体；从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。在另一优选例中，所述惰性气体选自下组：氮气、氩气或其组合。在另一优选例中，所述含氧(O)前驱体分子选自下组：H2O、O3或其组合。在另一优选例中，所述硅片为n型或p型。在另一优选例中，所述硅片为电阻率为0.5-10Ω·cm的单晶硅片。在另一优选例中，步骤(a)中，真空腔体的压力低于10-2Torr。在另一优选例中，步骤(a)中，通入时间为0.5-5秒；较佳地，为1秒。在另一优选例中，步骤(b)中，通入时间为10-60秒；较佳地，为20-35秒。在另一优选例中，步骤(b)中，惰性气体的流量为50-200sccm；较佳地，为80-120sccm。在另一优选例中，步骤(c)中，通入时间为0.5-5秒；较佳地，为1秒。在另一优选例中，步骤(d)中，通入时间为10-60秒；较佳地，为20-35秒。在另一优选例中，步骤(d)中，惰性气体的流量为50-200sccm；较佳地，为80-120sccm。在另一优选例中，所述步骤(a)-(d)在50-500℃下进行。在另一优选例中，所述步骤(a)-(d)在150-250℃下进行。在另一优选例中，依次重复步骤(a)-(d)1-200次。在另一优选例中，依次重复步骤(a)-(d)1-100次。在另一优选例中，所述含Ta前驱体分子选自下组：甲醇钽、乙醇钽、丙醇钽、异丙醇钽、丁醇钽、四乙氧基乙酰丙酮钽、三氟乙醇钽、氯化钽、碘化钽，或其组合。本专利技术第二方面提供了一种载流子传输结构，所述载流子传输结构包含或由以下组成：载流子钝化隧穿层和掺杂多晶硅层；其中，所述载流子钝化隧穿层含有五氧化二钽(Ta2O5)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面。在另一优选例中，所述载流子钝化隧穿层的厚度为0.5-5nm；较佳地，为1-2.5nm。在另一优选例中，所述载流子为电子或空穴。在另一优选例中，所述的掺杂多晶硅层为掺硼多晶硅薄膜或掺磷多晶硅薄膜。在另一优选例中，所述的掺杂多晶硅层的厚度为20-100nm；较佳地，为30-50nm。在另一优选例中，所述掺杂多晶硅层为掺磷多晶硅薄膜，则所述载流子传输结构选择性传输电子。在另一优选例中，所述掺杂多晶硅层为掺硼多晶硅薄膜，则所述载流子传输结构选择性传输空穴。本专利技术第三方面提供了本专利技术第二方面所述的载流子传输结构的制备方法，所述方法包括步骤：(a1)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。在另一优选例中，所述的载流子钝化隧穿层的制备方法同前所述。在另一优选例中，所述载流子传输结构的制备方法包括如下步骤：在载有所述的载流子钝化隧穿层的真空腔体中，通入含硅前驱体分子和含掺杂元素的前驱体分子的气体，从而形成含有掺杂元素的非晶硅层；对含有掺杂元素的非晶硅层进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。在另一优选例中，所述含硅前驱体分子为SiH4。在另一优选例中，所述含掺杂元素的前驱体分子为PH3或B2H6。在另一优选例中，所述退火处理的温度为400-900℃。在另一优选例中，所述退火处理的时间为10-40min。本专利技术第四方面提供了本专利技术第二方面所述的载流子传输结构的用途，用于制备太阳能电池。在另一优选例中，所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池。本专利技术第五方面提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包含以下部分：载流子钝化隧穿层、掺杂多晶硅层以及电极层；其中，所述载流子钝化隧穿层含有五氧化二钽(Ta2O5)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面；所述电极层包覆在所述掺杂多晶硅层的表面。在另一优选例中，所述电极层部分或全面包覆在所述掺杂多晶硅层的表面。本专利技术第六方面提供了本专利技术第五方面所述的太阳能电池的制备方法，所述方法包括步骤：(a)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构；和(b)在步骤(a)得到的载流子传输结构表面沉积电极层，从而形成所述的太阳能电池。在另一优选例中，所述的载流子钝化隧穿层的制备方法同前所述。在另一优选例中，所述步骤(b)中，在沉积电极层之前，还包括在步骤(a)得到的载流子传输结构的硅片前表面发射极上沉积第二钝化层。在另一优选例中，所述前表面为相对于钝化隧穿层的硅片的另一个表面。在另一优选例中，所述第二钝化层选自下组：氮化硅层、氧化铝层、或其组合。在另一优选例中，当硅片前表面发射极为n+型时，所述第二钝化层为氮化硅层。在另一优选例中，当硅片前表面发射极为p+型时，所述第二钝化层为氮化硅层和氧化铝层。本专利技术还提供了本专利技术所述的太阳能电池的用途，用于光伏发电。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载流子钝化隧穿薄膜的用途，其特征在于，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta2O5)；所述薄膜用于制备太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种载流子钝化隧穿薄膜的用途，其特征在于，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta2O5)；所述薄膜用于制备太阳能电池。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述载流子钝化隧穿薄膜的制备方法包括：采用磁控溅射(Sputter)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热蒸发(ThermalEvaporator)、电子束蒸发(E-beamEvaporator)、低压化学气相沉积(LPCVD)或原子层沉积(ALD)方法，在硅片上沉积五氧化二钽(Ta2O5)，从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述制备方法采用原子层沉积(ALD)，包括如下步骤：(a)在载有硅片的真空腔体中，通入含钽(Ta)前驱体分子的气体；(b)通入惰性气体；(c)通入含氧(O)前驱体分子的气体；(d)通入惰性气体；从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述含氧(O)前驱体分子选自下组：H2O、O3或其组合。5.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述含Ta前驱体分子选自下组：甲醇钽、乙醇钽、丙醇钽、异丙醇钽、丁醇钽、四乙氧基乙酰丙酮钽、三氟乙醇钽、氯化钽、碘化钽，或其组合。6.一种载流子传输结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖明墩，叶继春，曾俞衡，闫宝杰，王丹，高平奇，童慧，全成，张志，
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