【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池，具体而言，涉及一种功能多晶硅隧穿氧化钝化接触结构及其制备方法。
技术介绍
1、隧穿氧化钝化接触(topcon)技术是一种具有代表性的钝化接触技术，其关键特征是在硅片表面生长一层超薄纳米氧化硅(siox)，依用来消除表面的悬挂键，在超薄氧化硅上制备一层重掺杂的多晶硅实现场钝化效应。得益于topcon结构具有较佳的钝化性能，其量产电池效率目前已经达到25％以上；加之生产工艺的兼容性，目前topcon电池的计划产能增加迅猛，已成为了产业化硅电池扩产的主流技术。
2、但是在效率提升的方向上，目前topcon技术展现出了一定局限性。一是基于常规多晶硅的topcon结构，其钝化性能相较于另一种代表性钝化接触技术—异质结(hjt)—还略有差距，topcon结构的钝化性能还有待进一步提升；二是根据研究发现晶体硅太阳电池获得最高光电转化效率时对应的硅片厚度大约在110μm，在此硅片厚度较薄的情况下，电池性能对表面复合更加敏感，即更加依赖表面的钝化，因此如何进一步提高表面钝化能力是topcon技术发展的重要方向。另外也有研究表明，硅电池效率的提升会受限于硅片质量，即少子寿命，如硅片少子寿命为15ms的电池，其理论效率至少比少子寿命4.5ms的电池高出1％以上，因此通过提高硅片少子寿命也有利于电池效率的提升。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的是开发一种新的隧穿氧化钝化接触结构，能够同时提高硅片表面钝化性能和少子寿命。
2、为解决上述
3、本专利技术利用掺杂工程制备出了功能不同的新型多晶硅，即掺碳(c)多晶硅、掺氮(n)多晶硅和碳、氮共掺多晶硅层，并形成功能多晶硅结构，发挥碳和氮掺杂原子不同的功能作用，同时实现对硅片体内钝化和表面钝化，进而获得超高钝化性能的topcon结构，该结构具有超高的少子寿命(τeff)、隐含开路电压(ivoc)和超低的表面复合电流(j0)，并且能在一定程度上增强硅片的机械强度。
4、进一步地，所述功能多晶硅结构中具有活性掺杂原子，所述活性掺杂原子为磷或硼。多晶硅层中掺杂n型或p型活性掺杂原子，可以实现优异的场钝化效应。
5、进一步地，所述晶硅衬底靠近所述纳米氧化硅的近表面区含有氮、碳、氢、磷/硼元素，所述晶硅衬底表面部位的氮浓度高于1×1020cm-3，碳浓度高于1×1020cm-3，氢浓度高于1×1019cm-3，磷浓度范围为1×1017～5×1020cm-3或者硼浓度范围为0.5×1017～1×1020cm-3，随深度增加，所述晶硅衬底中氮、碳、氢、磷/硼元素浓度逐渐降低。
6、进一步地，所述碳、氮共掺多晶硅层的碳原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，氮原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，所述掺碳多晶硅层的碳原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，所述掺氮多晶硅层的氮原子掺杂浓度为0.1at％～50at％。
7、进一步地，所述碳、氮共掺多晶硅层中碳原子和氮原子的分布形式为均匀掺杂或梯度掺杂，所述掺碳多晶硅层中碳原子的分布形式为均匀掺杂或梯度掺杂，所述掺氮多晶硅层中碳原子的分布形式为均匀掺杂或梯度掺杂。
8、进一步地，所述碳、氮共掺多晶硅层的厚度为1nm～2000nm，所述掺碳多晶硅层的厚度为1nm～1000nm，所述掺氮多晶硅层的厚度为1nm～1000nm。
9、功能多晶硅结构的作用机理如下：c原子经过扩散后会进入硅片的体内，而c原子进入硅体内后可以有效避免一些磷团簇、硼团簇等团簇类缺陷形成；另外c原子会抑制氧热施主缺陷的形成，或者使热施主失去电学活性；并且c原子对h原子的捕获能力也较强，因此体内更多的h原子也能钝化更多的缺陷；总之以上机理均有助于降低硅体内的缺陷态密度。n原子经过扩散后也能进入硅片体内，晶硅体内的n杂质可以有效抑制硅材料中漩涡缺陷和d缺陷的生成；另外n杂质原子可以有效钉扎位错，阻止其移动，因此可以提高硅片的机械强度；并且n原子同样对h原子具有较强的捕获能力，可以使更多的h原子留在体内钝化缺陷态；更重要的是，n原子在纳米氧化硅界面上会出现一定的富集，因此大大增加了界面处h原子的浓度，以此来钝化更多的缺陷态，实现更低的界面态密度。总之，利用碳、氮共掺多晶硅或掺c、掺n多晶硅叠层结构，可以发挥c、n原子的不同功能，同时实现了硅体内和表面的钝化，降低了复合电流、增加了少子寿命，并且提高了硅片的机械强度。
10、进一步地，所述功能多晶硅结构上还设有常规多晶硅层，所述常规多晶硅层的材料为不掺碳/氮的多晶硅。在掺碳、掺氮的功能多晶硅结构上再增加一层常规多晶硅，可以提高接触性能。
11、本专利技术还提供上述功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构的制备方法，包括以下步骤：
12、s1、清洗晶硅衬底；
13、s2、在晶硅衬底表面沉积纳米氧化硅；
14、s3、在纳米氧化硅表面沉积碳、氮共掺非晶硅层，或者沉积掺碳非晶硅层和掺氮非晶硅层交替叠层；
15、s4、高温退火，使非晶硅结晶，形成功能多晶硅结，并将碳原子和氮原子推进晶硅衬底体内。
16、进一步地，所述步骤s4中，高温退火温度为800℃～1100℃。选择合适的高温退火温度，能够激活活性掺杂剂的同时将功能多晶硅结构的c、n原子推进晶硅体内，实现体内和表面同时钝化。
17、进一步地，所述步骤s3中，采用pecvd原位沉积非晶硅层。功能多晶硅结构同时将c、n原子引入硅体内，并且提高了晶硅体内h含量，用来降低体内缺陷态，提高体寿命。
18、综上所述，本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：
19、(1)本专利技术使硅片体内得到很好的钝化。这是因为c、n原子会进入硅体内，c原子可以有效降低自间隙硅原子浓度，避免团簇类缺陷形成；c原子也会与o原子形成c-o复合体，抑制热施主缺陷的形成；n原子可以有效抑制体内漩涡缺陷和d.缺陷的生成；另外c、n原子对h原子的捕获能力均较强，可以使硅体内保留更多的h原子，有利于缺陷钝化。
20、(2)本专利技术使硅片表面得到优异的钝化。由于n原子会在超薄氧化硅界面上有一定富集，得益于n原子的优异捕h能力，因此界面h的含量增加，钝化了更多缺陷态，降低了界面态密度；另外，掺c、掺n多晶硅中的h含量也被提高，有利于表面钝化。
21、(3)本专利技术将掺c、掺n多晶硅组合使用，发挥不同的功能作用，同时实现了体内钝化和表面钝化，从而获得了超高钝化性能的topcon结构，隐含开路电压可以达到760mv，少子寿命可以达到20ms以上(110μm厚，电阻率为1～7ω·cm的n型cz硅片衬底)，该指标已经显著高于常规多晶硅topcon结构所能实现的最高指标。
22、(4)本专利技术还能提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，包括依次层叠设置的晶硅衬底、纳米氧化硅和功能多晶硅结构，所述功能多晶硅结构由碳、氮共掺多晶硅层构成，或者由掺碳多晶硅层和掺氮多晶硅层交替叠层构成。
2.根据1所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述功能多晶硅结构中具有活性掺杂原子，所述活性掺杂原子为磷或硼。
3.根据权利要求2所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述晶硅衬底靠近所述纳米氧化硅的近表面区含有氮、碳、氢、磷/硼元素，所述晶硅衬底表面部位的氮浓度高于1×1020cm-3，碳浓度高于1×1020cm-3，氢浓度高于1×1019cm-3，磷浓度范围为1×1017～5×1020cm-3或者硼浓度范围为0.5×1017～1×1020cm-3，随深度增加，所述晶硅衬底中氮、碳、氢、磷/硼元素浓度逐渐降低。
4.根据权利要求1-3任一所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述碳、氮共掺多晶硅层的碳原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，氮原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，所述掺碳多晶硅层的碳
5.根据权利要求4所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述碳、氮共掺多晶硅层中碳原子和氮原子的分布形式为均匀掺杂或梯度掺杂，所述掺碳多晶硅层中碳原子的分布形式为均匀掺杂或梯度掺杂，所述掺氮多晶硅层中碳原子的分布形式为均匀掺杂或梯度掺杂。
6.根据权利要求4所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述碳、氮共掺多晶硅层的厚度为1nm～1000nm，所述掺碳多晶硅层的厚度为1nm～1000nm，所述掺氮多晶硅层的厚度为1nm～1000nm。
7.根据权利要求1-3任一所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述功能多晶硅结构上还设有常规多晶硅层，所述常规多晶硅层的材料为不掺碳/氮的多晶硅。
8.一种如权利要求1-7任一所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，高温退火温度为800℃～1100℃。
10.根据权利要求9所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用PECVD原位沉积非晶硅层。
...【技术特征摘要】
1.一种功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，包括依次层叠设置的晶硅衬底、纳米氧化硅和功能多晶硅结构，所述功能多晶硅结构由碳、氮共掺多晶硅层构成，或者由掺碳多晶硅层和掺氮多晶硅层交替叠层构成。
2.根据1所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述功能多晶硅结构中具有活性掺杂原子，所述活性掺杂原子为磷或硼。
3.根据权利要求2所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述晶硅衬底靠近所述纳米氧化硅的近表面区含有氮、碳、氢、磷/硼元素，所述晶硅衬底表面部位的氮浓度高于1×1020cm-3，碳浓度高于1×1020cm-3，氢浓度高于1×1019cm-3，磷浓度范围为1×1017～5×1020cm-3或者硼浓度范围为0.5×1017～1×1020cm-3，随深度增加，所述晶硅衬底中氮、碳、氢、磷/硼元素浓度逐渐降低。
4.根据权利要求1-3任一所述的功能多晶硅隧穿氧化硅钝化接触结构，其特征在于，所述碳、氮共掺多晶硅层的碳原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，氮原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，所述掺碳多晶硅层的碳原子掺杂浓度为0.1at％～50at％，所述掺氮多晶硅层的氮原子掺杂浓度为0.1at％～50...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，刘尊珂，曾俞衡，王若伊，周鸿凯，杨阵海，刘伟，廖明墩，
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：
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