一种基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构及其制备方法，钝化接触结构包括硅衬底和硅衬底一面上依次叠设的界面氧化层、载流子收集层、介质层和重掺杂多晶硅层，所述载流子收集层由至少一层硅纳米晶薄膜构成。本发明专利技术的钝化接触结构具有载流子收集层，载流子收集层由具有宽带隙的硅纳米晶薄膜构成，通过采用具有更高带隙的硅纳米晶，可以拉开硅纳米晶层与硅衬底间的准费米能级差，从而提升载流子收集层与硅衬底之间的qV

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体而言，涉及一种基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]隧穿氧化物钝化接触结构(TOPCon，Tunnel Oxide Passivated
‑
Contact structures)是德国Fraunhofer研究所在2014年首先提出的一种新型晶硅太阳电池结构，旨在改善晶硅电池背面的钝化。具体地，TOPCon结构在硅片背面生长了一层厚度1
‑
2nm的超薄氧化硅，然后再沉积一层重掺杂的非晶硅或多晶硅层，最后制备全背金属电极。该结构最主要的优点是实现了电池背面的全面钝化，避免了金属电极和单晶硅的直接接触，显著降低了复合电流，并且对载流子有选择性收集，最终大大提升了开路电压(V
oc
)和填充因子(FF)。制备良好的TOPCon结构具有优异的表面钝化效果，目前TOPCon主要用于多数载流子(多子)的收集；不过，近期也有研究将TOPCon结构作为发射极，用于少数载流子(少子)收集，而TOPCon所用材料的质量对电池的开路电压有重要影响。
[0003]根据现有研究可知，硅衬底与收集层之间准费米能级的差值qV
D
是决定开路电压上限的物理量：当qV
D
越大，电池的开路电压V
oc
的上限也越高。图1a、1b、1c分别展示了当发射极材料为p型硅、宽带隙n型非晶硅、宽带隙p型非晶硅时，三种结构的理想qV
D
。从图1a中可以看到，当收集层为硅时，其qV
D
最小，相应的其最高开路电压最低；从图1b、1c看出，当采用宽带隙的非晶硅时，qV
D
均有所提升，这说明基于宽带隙的异质结结构，可以获得更大的电池开路电压，即基于非晶硅发射极的异质结太阳电池的开路电压高于基于同质结发射极的TOPCon电池。现有技术的隧穿氧化物钝化接触结构是基于重掺杂多晶硅对载流子进行收集，其中重掺杂多晶硅的带隙与硅衬底一样，其情况类似与图1a，具有最低的qV
D
，决定了其开路电压难以进一步提升。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是如何增加钝化接触结构的开路电压的上限。
[0005]为解决上述问题，本专利技术第一方面提供一种基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，包括硅衬底和硅衬底一面上依次叠设的界面氧化层、载流子收集层、介质层和重掺杂多晶硅层，所述载流子收集层由至少一层硅纳米晶薄膜构成。
[0006]进一步地，所述硅纳米晶薄膜的厚度为1
‑
6nm。
[0007]进一步地，所述界面氧化层的厚度为1
‑
3nm，所述介质层的厚度为2
‑
200nm，所述重掺杂多晶硅层的厚度80
‑
150nm。优选地，介质层的厚度为2
‑
4nm。
[0008]进一步地，所述界面氧化层由氧化硅薄膜或氮氧化硅薄膜构成，所述介质层由掺杂的氮化硅薄膜、掺杂的碳化硅薄膜或掺杂的氧化硅薄膜构成。
[0009]进一步地，所述重掺杂多晶硅层的多晶硅包括碳、氮或氧原子。
[0010]进一步地，所述硅纳米晶薄膜所含p型掺杂原子浓度的激活为0.6
‑
6E20cm
‑3，所述重掺杂多晶硅层所含p型掺杂原子的激活浓度为0.6
‑
6E20cm
‑3；或者所述硅纳米晶薄膜所含n型掺杂原子的激活浓度为0.1
‑
3E20cm
‑3，所述重掺杂多晶硅层所含p型掺杂原子的激活浓度为0.1
‑
3E20cm
‑3。
[0011]进一步地，所述硅衬底所含n型掺杂原子的激活浓度为0.6
‑
3E20cm
‑3；或者所述硅衬底所含p型掺杂原子的激活浓度为0.5
‑
10E19cm
‑3。
[0012]进一步地，所述介质层所含n型掺杂原子的激活浓度为0.1
‑
3E20cm
‑3；或者所述介质层所含p型掺杂原子的激活浓度为0.1
‑
10E19cm
‑3。
[0013]本专利技术第二方面提供一种上述基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1、准备硅片衬底；
[0015]S2、在硅片衬底的表面制备一层界面氧化层；
[0016]S3、在界面氧化层的表面制备一层或多层重掺杂非晶硅薄膜；
[0017]S4、在重掺杂非晶硅薄膜表面制备介质层；
[0018]S5、在介质层表面制备一层重掺杂非晶硅层；
[0019]S6、进行高温退火，使得步骤S2制备的重掺杂非晶硅薄膜和步骤S5制备的重掺杂非晶硅层发生晶化，得到由硅纳米晶薄膜构成的载流子收集层和重掺杂多晶硅层。
[0020]进一步地，所述步骤S6中高温退火温度为800
‑
1100℃。
[0021]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术的钝化接触结构具有载流子收集层，载流子收集层由硅纳米晶薄膜构成。由于量子限域效应可以使得硅纳米晶的带隙展宽，因此通过采用具有更高带隙的硅纳米晶，可以拉开硅纳米晶层与硅衬底间的准费米能级差，从而提升载流子收集层与硅衬底之间的qV
D
，有利于增加开路电压的上限。
[0023]本专利技术的钝化接触结构基本结构类似于TOPCon，可以将载流子产生与收集区分开。界面氧化层可以对硅衬底表面进行很好的化学钝化；重掺杂非晶硅层中的掺杂原子会扩散进入硅衬底，从而产生良好的场钝化效果。因此，该结构可以实现优异的表面钝化质量和载流子选择性收集。
[0024]本专利技术的钝化接触结构具有更高的烧结稳定性，由于增加了载流子收集层，有利于阻挡金属化过程玻璃体、铅、铋、或铝等金属材料的穿透作用，保护界面氧化层的完整性，从而实现更高的烧结稳定性。
[0025]重掺杂多晶硅层具有较大的厚度，可以阻挡掺杂原子的扩散，保护界面氧化层的完整性，从而获得更好的钝化效果。
[0026]重掺杂多晶硅层的多晶硅可能会引入碳、氮、氧，形成掺碳多晶硅、掺氮多晶硅、掺氧多晶硅等薄膜，在高温处理过程中，氮、碳、氧会往界面扩散，对氢有更强捕获作用，使得界面存在更高浓度的氢，有利于提升氢钝化效果。
[0027]本专利技术钝化接触结构的制备方法简单，与现有电池工艺流程完全兼容，适于进行工业化生产。
附图说明
[0028]图1(a、b、c)分别为当发射极材料为p型硅、宽带隙n型非晶硅、宽带隙p型非晶硅时，三种结构的理想qV
D
；
[0029]图2为本专利技术实施方式中基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构的结构示意图；
[0030]图3为本专利技术实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，其特征在于，包括硅衬底和硅衬底一面上依次叠设的界面氧化层、载流子收集层、介质层和重掺杂多晶硅层，所述载流子收集层由至少一层硅纳米晶薄膜构成。2.根据权利要求1所述的基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，其特征在于，所述硅纳米晶薄膜的厚度为1
‑
6nm。3.根据权利要求2所述的基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，其特征在于，所述界面氧化层的厚度为1
‑
3nm，所述介质层的厚度为2
‑
200nm，所述重掺杂多晶硅层的厚度为80
‑
150nm。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，其特征在于，所述界面氧化层由氧化硅薄膜或氮氧化硅薄膜构成，所述介质层由掺杂的氮化硅薄膜、掺杂的碳化硅薄膜或掺杂的氧化硅薄膜构成。5.根据权利要求1所述的基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，其特征在于，所述重掺杂多晶硅层的多晶硅包括碳、氮或氧原子。6.根据权利要求1
‑
3任一所述的基于硅纳米晶异质结的钝化接触结构，其特征在于，所述硅纳米晶薄膜所含p型掺杂原子的激活浓度为0.6
‑
6E20cm
‑3，所述重掺杂多晶硅层所含p型掺杂原子的激活浓度为0.6
‑
6E20cm
‑3；或者所述硅纳米晶薄膜所含n型掺杂原子的激活浓度为0.1
‑
3E20cm

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，曾俞衡，廖明墩，刘伟，刘尊珂，
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：