基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法技术

一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，属于太阳电池微电子技术领域。本发明专利技术针对现有太阳电池由于空间带电粒子的辐照会产生辐照缺陷，进而造成太阳电池I‑V特性退化的问题。它根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；然后模拟离子注入过程中的目标I‑V变化曲线，当目标I‑V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I‑V变化曲线的10％时，记录离子注入量；再计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；设置离子注入机，对原单晶Si太阳电池进行离子注入并进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。本发明专利技术用于单晶Si太阳电池的加固。

Anti displacement irradiation method of single crystal Si solar cell based on deep layer ion implantation

The invention relates to a displacement resistant irradiation method of single crystal Si solar cell based on deep layer ion implantation of substrate, which belongs to the field of microelectronics of solar cell. The invention aims at the problem that the existing solar cell will produce irradiation defects due to the irradiation of space charged particles, thus causing the degradation of I \u2011 V characteristics of the solar cell. According to the structural parameters of the original single crystal Si solar cell, it determines the position of the ion to be implanted, and simulates the energy and range of the ion according to the position to be implanted; then it simulates the target I \u2011 V change curve in the process of ion implantation. When the change of the target I \u2011 V change curve is less than 10% of the original single crystal Si solar cell I \u2011 V change curve, it records the ion implantation amount; then calculates the ion implantation amount Ion source voltage, ion beam current and ion implantation time; set up ion implantation machine to carry out ion implantation and annealing treatment on the original single crystal Si solar cell, so as to realize the anti displacement radiation reinforcement of the original single crystal Si solar cell. The invention is used for reinforcing a single crystal Si solar cell.

【技术实现步骤摘要】
基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法
本专利技术涉及基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，属于太阳电池微电子

技术介绍
单晶Si太阳电池是光电转换效率最高的硅基太阳电池，相比于效率更高的砷化镓(GaAs)太阳电池具有成本低质量轻的优势，因此广泛应用于低成本小型航天器电源系统中。目前单晶硅太阳电池的制备技术已基本成熟，但随着航天事业迅猛发展，太阳电池将面临更复杂的空间服役环境，这要求航天器空间电源系统具备更长的服役时间，而现有单晶硅太阳电池无法满足使用要求。由于影响空间太阳电池性能的最主要环境因素是空间带电粒子(不同能量电子/质子)辐照环境，因此需要针对如何提高抗辐照性能对单晶Si太阳电池进一步优化。空间辐照效应中对单晶硅太阳电池影响最严重的是位移辐射损伤。入射粒子与靶材原子相互作用，导致靶材原子晶格点阵发生变化(局部)而产生位移辐射效应。当入射粒子与靶材原子发生交互作用时，可在靶材中产生空位、间隙原子及相关缺陷等体损伤。这些间隙原子和空位会再次发生交互作用，形成更为复杂的缺陷。其涉及的物理过程比较复杂，最终的结果是形成复合中心。以单晶Si太阳电池为例，辐射缺陷主要是导致有源区内的有效载流子被辐射缺陷俘获，使得有源区内的有效载流子浓度大幅降低，有效载流子寿命降低，从而造成I-V特性的退化。能够产生位移损伤的带电粒子辐照注量越大，在单晶Si材料内形成的复合中心数量越多，造成的性能退化也就愈加严重。因此，针对以上不足，需要提供一种方法，使太阳电池在空间带电粒子辐照环境中内部的位移辐射缺陷能够保持稳定，不因辐射注量的增大而明显变化，从而提高单晶Si太阳电池的抗辐照能力。
技术实现思路
针对现有太阳电池由于空间带电粒子的辐照会产生辐照缺陷，进而造成太阳电池I-V特性退化的问题，本专利技术提供一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法。本专利技术的一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一：根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；步骤二：将所述离子注入原单晶Si太阳电池，模拟离子注入过程中的目标I-V变化曲线，当目标I-V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I-V变化曲线的10％时，记录离子注入量；步骤三：根据离子的能量和离子注入量，计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；步骤四：设置离子注入机，并通过离子注入机对原单晶Si太阳电池进行离子注入；步骤五：对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述原单晶Si太阳电池的结构参数包括原单晶Si太阳电池各部分的材料、密度、掺杂浓度及厚度。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述离子为硅离子。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述离子源电压V的计算方法为：式中E为离子的能量，C为离子电荷量。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述离子束电流I和离子注入时间t的确定方法为：式中Φ为离子注入量，q为单位电荷电量。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述离子注入时间t大于5分钟。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述步骤五中对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理的退火温度为300℃-400℃。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述步骤五中对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理的退火时间为0.5分钟到1分钟。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，步骤一中确定离子的能量和射程通过SRIM软件模拟实现。根据本专利技术的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，步骤二中的模拟过程通过TCAD软件模拟实现。本专利技术的有益效果：本专利技术方法通过在单晶Si太阳电池基区衬底深层注入离子的方式，人为地向太阳电池内部引入缺陷陷阱，可以对由位移辐射造成的缺陷产生复合作用，使太阳电池在受到空间带电粒子辐照后，内部的位移辐射缺陷能够保持稳定，而不会因辐射注量的增大而明显变化，从而可提高单晶Si太阳电池的抗辐照能力，保持太阳电池I-V特性的稳定。经实验验证，采用本专利技术方法处理的单晶Si太阳电池与现有单晶Si太阳电池进行对比，抗辐照能力可提高约3-4倍。附图说明图1是本专利技术所述基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法的示例性流程图；图2是向原单晶Si太阳电池深层注入离子的示意图；图中1表示电极，2表示有源区，3表示衬底；向下的箭头表示离子注入；图3是单晶Si太阳电池样品未离子注入和深层离子注入后的抗辐照能力对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。具体实施方式一、结合图1及图2所示，本专利技术提供了一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，包括以下步骤：步骤一：根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；步骤二：将所述离子注入原单晶Si太阳电池，模拟离子注入过程中的目标I-V变化曲线，当目标I-V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I-V变化曲线的10％时，记录离子注入量；步骤三：根据离子的能量和离子注入量，计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；步骤四：设置离子注入机，并通过离子注入机对原单晶Si太阳电池进行离子注入；步骤五：对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。本实施方式的步骤一中，离子的欲注入位置包括离子的注入深度及方位，根据结构参数确定注入位置后，可以采用相应的软件模拟确定所需待注入离子的能量和射程；步骤二中，在向原单晶Si太阳电池注入离子的过程中，随着离子注入量的改变，根据离子的能量和射程实时模拟目标I-V变化曲线的变化量，选取I-V曲线变化量小于10％，是为了避免对太阳电池的输出电性能造成太大影响；步骤三中，确定离子的能量和离子注入量后，可以对相应的离子注入机进行设置，进而实施离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，它包括以下步骤：/n步骤一：根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；/n步骤二：将所述离子注入原单晶Si太阳电池，模拟离子注入过程中的目标I-V变化曲线，当目标I-V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I-V变化曲线的10％时，记录离子注入量；/n步骤三：根据离子的能量和离子注入量，计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；/n步骤四：设置离子注入机，并通过离子注入机对原单晶Si太阳电池进行离子注入；/n步骤五：对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一：根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；
步骤二：将所述离子注入原单晶Si太阳电池，模拟离子注入过程中的目标I-V变化曲线，当目标I-V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I-V变化曲线的10％时，记录离子注入量；
步骤三：根据离子的能量和离子注入量，计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；
步骤四：设置离子注入机，并通过离子注入机对原单晶Si太阳电池进行离子注入；
步骤五：对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。


2.根据权利要求1所述的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，所述原单晶Si太阳电池的结构参数包括原单晶Si太阳电池各部分的材料、密度、掺杂浓度及厚度。


3.根据权利要求1所述的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，所述离子为硅离子。


4.根据权利要求1所述的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，所述离子源电压V的计算方法为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张延清，齐春华，王天琦，马国亮，刘超铭，陈肇宇，王新胜，李何依，霍明学，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23