用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法和系统。构的硅太阳能电池的起始材料的方法和系统。构的硅太阳能电池的起始材料的方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法以及机器。

技术介绍

[0002]具有所谓“钝化接触结构”的晶体硅太阳能电池需要在太阳能电池的至少一侧的薄氧化物层(所谓的“隧穿氧化物层”)上形成高掺杂多晶硅层。硅层可以非晶态沉积。通过随后的退火工艺，非晶硅可转换成多晶态。对于太阳能电池的功能，利用来自第3主族(p型)或第5主族(n型)的元素对此硅层进行高掺杂是必要的。另外，对于一些电池概念，目的也在于通过更强的扩散来掺杂在隧穿氧化物层正下方的硅基底材料区域。由此实现的所谓前表面场或背表面场另外减少了电荷载流子在硅隧穿氧化物界面处的再组合。
[0003]迄今为止，有必要例如通过LPCVD(低压化学气相沉积)来沉积掺杂硅层，以便产生高掺杂钝化接触结构。由于LPCVD不允许唯独在一侧涂覆基板，因此太阳能电池的相反侧通常也掺杂有错误极性。这是不期望的，并且必须从一开始就通过施加保护掩模来防止，或者必须随后再次去除前侧的掺杂。在热步骤期间的过低掺杂的问题和掺杂分布不可独立调整的问题可通过使用可在一侧使用的溅射工艺选择性地在一侧施加第一层和第二层并且通过选择性地调整掺杂剂源的浓度和扩散阻挡层的扩散特性来解决。
[0004]WO 2018/102852 A1描述一种用于制造硅太阳能电池的工艺，其中通过所谓的阴极溅射在氧化物覆盖的硅基板上沉积掺杂非晶硅层，其中所述硅层随后在退火工艺中转换成期望多晶硅。
[0005]掺杂本征非晶硅膜(a
‑
Si:H)是众所周知的，并且例如可通过利用掺杂硅靶溅射来实现，其中此层特别用于异质结太阳能电池(参见例如,X.Zhang等人,Characterization of Sputtering Deposited Amorphous Silicon Films for Silicon Heterojunction Solar Cells,2016IEEE第43届Photovoltaic Specialists Conference,Portland,OR,2016,第73
‑
76页)。当通过溅射以此方式沉积非晶硅层时，所述层的掺杂剂浓度取决于靶材料的掺杂剂浓度。作为靶材料的硅通常在熔化冶金工艺中生产，并且由于在从熔化结晶期间的偏析，允许在硼的情况下至多5x10
20
cm
‑3或在磷的情况下至多5x10
19
cm
‑3的仅有限的掺杂剂浓度。
[0006]例如，可通过共溅射硅和掺杂剂来实现溅射层中的较高的掺杂剂浓度，如例如WO 2018/102852 A1中所描述。替代地，也可在包含作为气体的掺杂剂的大气中溅射硅(所谓的反应溅射)。然而，这两种变体对于工业应用来说并不理想，特别是对于n掺杂(磷)，因为一方面，缺少用于共溅射磷的高掺杂材料，并且另一方面，包含P或B(单磷烷、乙硼烷)的气体对于反应工艺是高毒性的。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法以及机器，由此可以高效和适合于工业应用的方式实现掺杂剂的必要起始浓度。
[0008]通过如权利要求1所述的方法和如权利要求21所述的机器来实现此目的。
[0009]因此，本专利技术涉及一种用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法，其中首先提供具有隧穿氧化物层的硅晶片。随后，利用至少一个第一非晶硅层涂覆隧穿氧化物层。优选地通过阴极溅射来执行此涂覆。随后，利用包含掺杂剂的至少一个第二层涂覆此第一非晶硅层。也优选地通过阴极溅射来执行第二层的施加。然后使所涂覆的硅晶片或层的叠堆在至少700℃的温度下退火。
[0010]换言之，根据本专利技术的方法通过另外施加包含足够浓度的掺杂剂的层来实现期望高掺杂。在必须用于使非晶硅层再结晶的后续热步骤期间，来自掺杂层的高浓度掺杂剂可扩散到第一非晶硅层和/或隧穿氧化物层下方的硅基底材料的下层界面区域中。因此，在这两个区域中都生成了足够高的p或n电导率。
[0011]与现有技术中常用的后掺杂方法(例如，利用POCl3)相比，根据本专利技术的方法具有以下优点：
[0012]‑
无有毒工艺气体
[0013]‑
使用简单熔炉的可能性
[0014]‑
单侧工艺
[0015]‑
在一个机器中进行层沉积、掺杂以及任选的退火
[0016]因此，借助可良好控制并且在工业上广泛使用的溅射工艺，本专利技术使得能够应用单独适配电池特性并且包含足够掺杂剂的层系统。因此，在随后的退火步骤中，可将非晶沉积的硅层转换成期望多晶态，并且可在无需另外的处理步骤的情况下使硅层中和氧化物层下方的硅基板中的掺杂剂分布适配。
[0017]可以常规方式执行为硅晶片提供隧穿氧化物层。例如，为硅晶片提供隧穿氧化物层可包括：湿化学生成隧穿氧化物层或通过等离子体工艺在硅晶片上生成它。优选地，隧穿氧化物层包括SiO2层或由SiO2层组成。优选地，通过湿化学工艺或等离子体工艺，硅晶片的近表面区域被氧化，这导致SiO2隧穿氧化物层的形成。隧穿氧化物层的厚度优选地为0.5nm至10nm，并且更优选地为1.0nm至2.0nm。当湿化学生成隧穿氧化物层时，同一湿化学机还可用于在生成隧穿氧化物层之前湿化学清洗硅晶片的表面。当使用等离子体工艺时，此步骤可集成到溅射机中。
[0018]第一非晶硅层优选地由本征硅和/或掺杂硅组成，其中第一层中的掺杂剂浓度应低于第二层中的掺杂剂浓度，以便通过由此实现的梯度致使掺杂剂扩散。可通过阴极溅射以已知的方式将本征硅和/或掺杂硅施加到隧穿氧化物层。层厚度优选地介于1nm与100nm之间。第一层要求高纯度，因此第一层中的杂质原子的浓度应大大低于第二层中的掺杂剂浓度。
[0019]包含掺杂剂的第二层优选地包含以下材料中的一者或其组合：掺杂有来自第3或第5主族的元素或与所述元素以较高浓度混合的硅或氧化硅，优选地是磷硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃；来自第3或第5主族的作为纯物质或呈氧化物形式的元素。优选地，来自第3或
第5主族的元素占整个第二层的比例为至少0.5mol％、更优选地至少1mol％、甚至更优选地至少5mol％，并且特别优选地至少10mol％。垂直于表面，第二层不必是均匀的，但例如也可具有掺杂剂的浓度梯度。此外，第二层还可由例如或多或少包含(或根本不包含)掺杂剂的两个或更多个子层组成。
[0020]第二层的厚度优选地介于10nm与1μm之间，更优选地介于50nm与200nm之间。
[0021]换言之，根据本专利技术，可借助阴极溅射来沉积重p或n掺杂含硅层作为掺杂剂源，进而将其施加到覆盖有氧化物层的硅基板。掺杂层可由一个或多个未掺杂单独层和一个或多个高掺杂单独层组成。就这一点而言，所有硅层都可通过阴极溅射来沉积。在随后的退火工艺中，足够的掺杂剂因此可扩散到未掺杂硅层中和氧化物层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产具有钝化接触结构的硅太阳能电池的起始材料的方法，包括：为硅晶片(5)提供隧穿氧化物层(6)；通过阴极溅射利用至少一个第一非晶硅层(1)涂覆所述隧穿氧化物层(6)；通过阴极溅射利用包含掺杂剂的至少一个第二层(2)涂覆所述第一层(1)；以及使所涂覆的硅晶片在至少700℃的温度下退火。2.如权利要求1所述的方法，其中所述隧穿氧化物层(6)包括具有0.5nm至10nm的厚度、优选地1.0nm至2.0nm的厚度的SiO2层。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一层(1)由本征硅和/或掺杂硅组成。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二层(2)包含以下材料中的一者或其组合：掺杂有来自第3或第5主族的元素的硅或氧化硅，优选地是磷硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃；来自所述第3或所述第5主族的作为纯物质或呈氧化物形式的元素。5.如权利要求4所述的方法，其中来自所述第3或所述第5主族的所述元素占所述第二层(2)的比例为至少0.5mol％、优选地至少1mol％、更优选地至少5mol％、特别优选地至少10mol％。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二层(2)具有介于10nm与1μm之间、更优选地介于50nm与200nm之间的厚度。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述为硅晶片(5)提供隧穿氧化物层(6)包括：湿化学生成所述隧穿氧化物层(6)或通过等离子体工艺在所述硅晶片(5)上生成所述隧穿氧化物层。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在同一阴极溅射机中施加所述第一层(1)和所述第二层(2)。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述退火步骤导致所述第一非晶硅层(1)转换成掺杂多晶硅层(101)。10.如权利要求9所述的方法，其中掺杂有所述第二层(2)的所述掺杂剂的硅层(7)在所述隧穿氧化物层(6)正下方形成在所述硅晶片(5)中，并且其中跨所述硅层(7)的掺杂剂浓度比跨所述多晶硅层(101)的掺杂剂浓度优选地降低至少两个数量级。11.如权利要求10所述的方法，其中掺杂有所述第二层(2)的所述掺杂剂的所述硅层(7)优选地唯独在从所述隧穿氧化物层(6)延伸到所述隧穿氧化物层(6)下方最大50nm、优选地延伸到所述隧穿氧化物层(6)下方最大30nm的区域中形成。12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述掺杂多晶硅层(101)中的所述电活性掺杂剂浓度在p掺杂的情况下为至少1x 10
20
cm
‑3并且在n掺杂的情况下为至少5x 10
19
cm
‑3。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：通过阴极溅射利用包含掺杂剂的至少一个第三层(3)涂覆所述硅晶片(5)的与所述隧穿氧化物层(6)相反的侧面。14.如权利要求13所述的方法，其中所述第三层(3)包含以下材料中的一者或其组合：掺杂有来自所述第3或所述第5主族的元素的硅或氧化硅，优选地是磷硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃；来自所述第3或所述第5主族的作为纯物质或呈氧化物形式的元素，其中所述第二层(2)和所述第三层(3)优选地相反地掺杂。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述退火步骤导致掺杂有所述第三层(3)的所述掺杂剂的硅层(8)在所述第三层(3)下方形成在所述硅晶片(5)中。16.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中为所述硅晶片(5)在两侧提供隧穿氧化物层(6)，并且其中所述方法包括：通过阴极溅射利用至少一个第一非晶硅层(1)涂覆所述两个隧穿氧化物层(6)中的每一个；通过阴极溅射利用包含掺杂剂的至少一个第二层(2)涂覆所述两个第一层(1)中的每一个。17.如权利要求16所述的方法，其中所述退火步骤导致两侧的所述第一非晶硅层(1)中的每一个同时转换成掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明，
申请(专利权)人：新格拉斯科技集团，
类型：发明
国别省市：