本发明专利技术公开了一种用于太阳能电池的钝化介质膜，所述钝化介质膜是由第一介质膜组成的单层结构，或所述钝化介质膜是由第一介质膜和第二介质膜组成的迭层结构，其中第一介质膜与硅基体材料直接相接触，第二介质膜沉积在第一介质膜上。该钝化介质膜具有良好的耐高温烧结和光学减反性能，制作方法工艺窗口较宽，可行性强，利于大规模生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳电池
，具体涉及一种用于钝化太阳能电池硅片表面的钝化介质膜。
技术介绍
光伏技术是一门利用大面积的p-n结二极管将太阳能转化为电能的技术。这个 p-n结二极管叫做太阳能电池。制作太阳能电池的半导体材料都具有一定的禁带宽度，当太阳能电池受到太阳辐射时，能量超过禁带宽度的光子在太阳电池中产生电子空穴对，P-n结将电子空穴对分离，P-n结的非对称性决定了不同类型的光生载流子的流动方向，通过外部电路连接可以向外输出功率。这跟普通的电化学电池原理类似。通常来说，太阳能电池的受光面往往需要具有钝化减反膜这一结构，一方面可以减少硅片表面对入射光的反射，增加硅体材料对太阳光的吸收，提高光生载流子的浓度从而增加光电流密度；另一方面有效钝化硅材料表面存在的大量悬垂键和缺陷(如位错，晶界以及点缺陷等)，从而降低光生载流子硅表面复合速率，提高少数载流子的有效寿命，从而促进太阳能电池光电转化效率的提升。因此，改善钝化减反膜的质量对于硅电池性能的提高起着关键的作用。目前常用的太阳能电池钝化减反膜材料通常为SiNx。在η-型硅片表面上，SiNx 薄膜具有优良的表面钝化效果。但由于SiNx薄膜体内具有一定的固定正电荷，SiNx对ρ型硅基体表面的钝化及不理想。氧化硅(SiOx)薄膜由于成膜较为致密钝化效果好，也是常用的钝化减反膜材料之一。常用的制备方法包括热氧化法和湿法化学氧化两种。热氧化法制备氧化硅往往在高温炉管环境下生成(一般高于90(TC )，不但工艺复杂而且其高温生长过程使硅材料的质量降低，同时其成膜均勻性受硅基体材料表面特性影响较大。湿法化学氧化法制备氧化硅膜则很难控制膜厚，难以实现较好的钝化效果。因而利用氧化硅薄膜直接钝化硅片表面很难在太阳能电池制作过程中实施。为实现对ρ型硅基体材料的良好钝化，S. Dauwe (Proc. 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conf, New Orleans, USA (2002), p. 1246)及P. Alternatt (Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden (2006), p.647 )等人采用PECVD方法在低温下(低于250°C)沉积非晶硅薄膜并用于钝化ρ型硅片表面，取得了不错的效果，基体表面复合速率明显降低。但这种非晶硅薄膜对高温异常敏感，常规丝网印刷后的高温烧结过程会导致非晶硅薄膜迅速结晶，失去钝化效果，完全不能用于大规模太阳能电池生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于太阳能电池的钝化介质膜，该介质膜对P型硅材料具有良好的钝化效果，而且制备方法简单可行，利于大规模工业化生产。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案来实现的一种用于太阳能电池的钝化介质膜，所述钝化膜是由第一介质膜组成的单层结构，或所述钝化膜是由第一介质膜和第二介质膜组成的迭层结构，其中第一介质膜与硅基体材料直接相接触，第二介质膜沉积在第一介质膜上。即本专利技术所述的钝化膜可以为单层介质结构，也可以为二种介质膜组成的迭层结构，但第二介质膜必须在第一介质膜的基础上沉积，以上所述的介质膜结构可直接应用于太阳能电池的表面钝化，从而提高光生载流子的有效寿命，增加太阳能电池光电转化效率。其中第一钝化介质膜直接与硅基体材料接触，主要用于对ρ型硅基体材料的钝化。当用于钝化P型材料时，既可以用于实现对位于η型太阳能电池受光面的P型发射极的钝化，也可用于实现对P型太阳能电池背光面的钝化。当作为电池受光面的钝化材料时， 介质膜同时起到部分减反的作用。本专利技术所述第一介质膜为金属氧化物。 具体来说，所述金属氧化物最佳为氧化铝(Α1203)。其中所述第一介质膜必须具有一定的膜层厚度范围，其厚度最佳为3-200nm。本专利技术所述第一介质膜可以通过多种技术方法制备得到，包括原子层沉积 (ALD)、常规化学气相沉积(CVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、金属有机物化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)等等，所采用的反应气体至少包含一种含铝化合物，如 Al (CH3) 3> AlCl3^Al (CH3)2C1、(CH3)2C2H5NiAlH3 等。本专利技术所述第二介质膜为氮化硅、碳化硅、氧化硅或氧化钛介质膜，或所述第二介质膜为氮化硅、碳化硅、氧化硅和氧化钛中的两种或两种以上组成的复合介质膜。即本专利技术所述迭层钝化膜结构包括第一介质膜和第二介质膜，直接与硅基体表面接触的第一介质膜为氧化铝，第二介质膜沉积在氧化铝膜之上，第二介质膜可以为氮化硅、 碳化硅、氧化硅、氧化钛单层膜或上述材质形成的多层材料的复合膜。本专利技术所述第二介质膜的厚度为3-200 nm,，折射率为0. 8-3. 0。本专利技术第二介质膜可以通过多种技术方法制备得到，包括包括原子层沉积(ALD)、 常规化学气相沉积(CVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、金属有机物化学气相沉积 (M0CVD)、分子束外延(MBE)等等。即本专利技术所述第一介质膜和第二介质膜采用原子层沉积ALD、化学气相沉积CVD、 等离子化学气相沉积PECVD、金属有机物化学气相沉积MOCVD或分子束外延生长MBE方法制备获得，其中制备第一介质膜时所采用的反应气体至少包含一种含铝化合物，所述含铝化合物包括 Al (CH3) 3、A1C13、Al (CH3)2Cl 或(CH3) 2C2H5N = AlH3。本专利技术所述介质膜设置于太阳能电池的受光面或设置于太阳能电池的背光面。即本专利技术介质膜既可以用于实现对太阳能电池受光面的钝化，也可用于实现对太阳能电池背光面的钝化，如对P型太阳能电池背光面或η型太阳能电池受光面的钝化，当作为电池受光面的钝化材料时，介质膜同时起到减反膜的作用。除了薄膜材料的选择，薄膜沉积前基体的表面状况会直接影响到成膜的均勻性和膜对材料的钝化效果。因此，对基体材料进行有效的清洗和表面处理能显著改善介质膜的质量和成膜均勻性，提高其钝化性能并降低对入射光的反射。本专利技术所述硅基体材料的表面形貌可以为抛光面或绒面结构，其中抛光面结构可以采用化学溶液腐蚀形成，所述的化学溶液可以为KOH或NaOH水溶液，其质量百分含量为1(Γ40%，温度为5(T90°C ；或所述的化学溶液可以为四甲基氢氧化铵或乙二胺水溶液，其质量百分含量为1(Γ30%，温度为5(T90°C ；其中所述绒面结构可以采用化学溶液腐蚀制备获得，所述化学溶液为NaOH水溶液，其质量百分含量为0. 5 5%，在75、0°C的温度下通过表面织构化形成。同时，本专利技术中镀膜前对硅基体材料进行清洗能改善薄膜钝化的效果，通过改善常规清洗溶液配方或在溶液中加入添加剂以实现对硅材料表面的良好控制，增强钝化效果，提高太阳能电池光电转化效率。即本专利技术在表面形貌为抛光面或绒面结构的硅基体材料上沉积第一钝化膜之前， 可以对硅基体材料表面进行清洗，清洗采用氢氟酸、硝酸、盐酸或硫酸以及含有添加剂的氢氟酸、硝酸、盐酸或硫酸，清洗时间为0. 5-60分钟，温度为5 9(TC ；其中所述添加剂可以选自有机酸以及同时具有亲水和憎水基团的硅基表面活性剂等中的一种或多种的混合物，其含量可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周艳方，尹海鹏，张俊兵，刘淑华，单伟，
申请(专利权)人：晶澳扬州太阳能科技有限公司，合肥晶澳太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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