用于光伏钝化的含氧前体制造技术

本发明专利技术公开了在光伏电池上沉积钝化层的方法。该方法包括沉积包括至少双层的钝化层，该双层进一步包括氧化硅层和氮化硅层。用于沉积氧化硅层或氮化硅层的硅前体分别选自Si(OR1)xR2y族或SiRxHy族、硅烷及其组合，其中x+y＝4，y≠4，R1为C1-C8烷基，R2选自氢、C1-C8烷基和NR*3，R为C1-C8烷基或NR*3；其中R*可以是氢或C1-C8烷基，C1-C8烷基可以是直链、支链或环状的，配体是饱和的、不饱和的或芳香族的(对于环状烷基)。还公开了包含所述钝化层的光伏器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由CVD方法制造的硅基介电材料的领域。具体地，其涉及用于制备这类材料的薄膜的方法以及它们用作光伏器件中的钝化或阻挡涂层的用途。
技术介绍
光伏(PV)电池将光能转换成电能。许多光伏电池利用单晶硅或多晶硅作为衬底制造。电池中的硅衬底通常采用正或负导电类型的掺杂剂改性，且其厚度为50-500微米左右。在本申请中，所述衬底(例如晶片)的意图朝向入射光的表面指定为前表面，而与前表面相反的表面称为后表面。按照惯例，正掺杂的硅通常指定为“P”，其中空穴为多数载流子。 负掺杂的硅指定为“n”，其中电子为多数载流子。光伏电池工作的关键是形成P-N结，通常通过进一步在硅衬底的前表面处涂上薄层而形成(附图说明图1)。这样的层通常称为发射极层，而本体硅称为吸收层。取决于器件的配置，发射极可为P掺杂的或η掺杂的。最优光伏器件效率的关键要求在于娃的前表面和后表面的有效钝化。任何固体的表面典型地表现出与本体晶体周期性的大断裂，并因此产生导致电缺陷的较高亚化学计量键合群体。对于硅而言，当这些缺陷在能量方面发生于带隙范围内时，它们增加载流子复合并负面影响器件效率。当硅表面覆盖钝化层(PL)时，硅-PL的性能变得关键。进而，由于界面处非硅原子的存在导致本体硅的晶体周期性的中断。硅-PL界面电荷可在影响钝化效力中起到关键作用。在PL沉积期间产生的固定电荷可在下层娃中形成感应场(Aberle, Progress in Photovoltaics, 8,473)。对于与η型硅接触的钝化层，期望的是较高的正固定电荷以减少载流子复合。对于 与P型硅接触的钝化层，期望的是减少的正固定电荷以减少载流子复合和防止寄生分流。除了起到钝化层的功能外，介电材料可提供抗反射性能以降低反射率和增加光吸收。由Leguit和Wanka描述了用于制造整合了 SiNxHy钝化的光伏器件的方法 (W008043827A ；Solar Energy Materials and Solar Cells, 40, 297),其中米用娃烧和氨沉积钝化层。这种方法导致界面处通常大于+lel2/cm2的高正固定电荷。因此这种方法适合于与η型娃接触的钝化，但是当与P型娃接触时产生较差结果(Dauwe, Progress in Photovoltaics,10,271)。US2009151784A描述了用于制造整合了热生长氧化硅的光伏器件的方法。这种方法需要800-1000°C范围的高温且可导致缓慢的处理时间。已知这种方法产生与P型硅表面钝化相容的ell/cm2左右的固定界面电荷。Naber也描述了用于制造整合了化学生长氧化硅的光伏器件的方法(34thIEEEPVSC 2009)。这种方法需要具有可能长浸溃时间的硝酸处理。Hofmann描述了使用硅烷和N20、02或氨制造整合了 CVD氧化物/氮化的叠层的光伏器件的方法(Advances in Optoelectronics, 485467)。这种方法对于双层叠层系统报道了低于700cm/s的表面复合速度。接下来,在425°C的形成气体(forming gas)中退火15 分钟将载流子寿命测量值降至低于50cm/s。大约850°C下热处理约3秒增加载流子寿命至<70cm/s。由于存在于硅烷前体中的S1-H键强度，硅烷氧化物薄膜的沉积可能需要高的等离子体功率密度和沉积温度。Krygowski描述了用于形成钝化涂层而同时形成P_N结的方法(PVSC，2007)。前体如正硅酸四乙酯(TEOS)用于在液相下涂覆衬底。在超过700°C的温度下在空气(含氧) 环境中热激活化学物质。Leguijt描述了利用正硅酸四乙酯(TEOS)形成氧化硅钝化薄膜的方法 (W008043827A ；Solar Energy Materials and Solar Cells，40，297)。利用 TEOS 和作为氧源的N2O沉积PECVD薄膜，两种化学物质为1:1的比率。所有的样品在沉积后直接表现出> 105cm/sec的表面复合速度(SRV)。在400°C的形成气体中退火30分钟后，直接测量得出的表面复合速度介于600-5000cm/sec。这些样品表现出随退火处理时间的退化。Hoex描述了利用TE0S、六甲基二硅氧烷(HMDSO)或八甲基环四硅氧烷(OMCTS)作为PECVD硅前体形成氧化硅钝化薄膜的方法(JVST A，2006)。研究的薄膜利用过量氧沉积。 沉积后的SRV值> 103cm/sec。在600°C的形成气体中沉积后 退火15分钟后，η型FZ硅上的 SRV 值为 54cm/sec。因此，仍然需要利用提供与P型硅接触的优异界面性能的前体，在低于450°C的沉积温度下沉积而不需要额外的长时间后退火步骤，以可工业生产的生产量和拥有成本来沉积CVD氧化物钝化薄膜或层。任选地，可在氧化物薄膜的顶部沉积氮化物薄膜(图2)。钝化层可存在于器件的前侧、后侧或这两侧。
技术实现思路
本专利技术涉及制备用于光伏器件的钝化层的方法；及其光伏器件。在一个方面，提供了在腔室中在光伏电池上沉积至少一个钝化层的方法，包括步骤提供具有如表面和后表面的光伏电池；提供第一硅前体；在光伏电池的至少一个表面上沉积具有5_70nm范围厚度的氧化硅层；提供第二硅前体；提供氮源；以及在氧化硅层上沉积具有20_200nm范围厚度的氮化硅层；其中具有25_600nm范围厚度的该至少一个钝化层包括至少一个包含所述氧化硅层和所述氮化硅层的双层。在另一个方面，提供了一种光伏器件，包括光伏电池，其包括毗邻N掺杂的硅层的P掺杂的硅层，前表面和后表面；以及通过所公开的方法在光伏电池的至少一个表面上沉积的至少一个钝化层。在再另一个方面，提供了一种光伏器件，包括光伏电池，其包括毗邻N掺杂的硅层的P掺杂的硅层，前表面和后表面；以及沉积于光伏电池的至少一个表面上的具有25_600nm范围厚度的至少一个钝化层；其中该钝化层具有至少一个包括5-70nm范围厚度的氧化硅层和20_200nm范围厚度的氮化硅层的双层。钝化层中的氧化硅层通过利用选自Si (OR1)xR2y族的至少一种硅前体沉积，其中x+y = 4,和 y 古 4 ;R1独立地选自C1-C8直链烷基，其中该配体是饱和或不饱和的；C1-C8支链烷基，其中该配体可以是饱和的或不饱和的；C1-C8环烷基，其中该配体可以是饱和的、不饱和的或芳香族的；和R2独立地选自 氢；C1-C8直链烷基，其中该配体是饱和或不饱和的；C1-C8支链烷基，其中该配体可以是饱和的或不饱和的；C1-C8环烷基，其中配体可以是饱和的、不饱和的或芳香族的；和NR33，其中R3可以独立地选自氢以及直链、支链、环状的饱和或不饱和烷基。钝化层中的氮化硅层通过利用选自硅烷、SiRxHy族及它们的组合的至少一种硅前体沉积；其中x+y = 4, y 古 4 ;且R独立地选自C1-C8直链烷基，其中该配体是饱和或不饱和的；其实例是甲基、乙基、丁基、丙基、己基、乙稀基、稀丙基、1- 丁稀基、2- 丁稀基；C 1-C8支链烷基，其中该配体可以是饱和的或不饱和的；其实例是异丙基、异丙稀基、异丁基、叔丁基；C1-C8环烷基，其中该配体可以是饱和的、不饱和的或芳香族的；其实例是环戊基、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在腔室中在光伏电池上沉积至少一个钝化层的方法，包括步骤：提供具有前表面和后表面的光伏电池；提供第一硅前体；在所述光伏电池的至少一个表面上沉积具有5?70nm范围厚度的氧化硅层；提供第二硅前体；提供氮源；以及在所述氧化硅层上沉积具有20?200nm范围厚度的氮化硅层；其中具有25?600nm范围厚度的该至少一个钝化层包括至少一个包含所述氧化硅层和所述氮化硅层两者的双层。

【技术特征摘要】
2011.09.20 US 61/536,748;2012.09.11 US 13/610,3111.一种在腔室中在光伏电池上沉积至少一个钝化层的方法，包括步骤提供具有如表面和后表面的光伏电池；提供第一硅前体；在所述光伏电池的至少一个表面上沉积具有5-70nm范围厚度的氧化硅层；提供第二硅前体；提供氮源；以及在所述氧化硅层上沉积具有20-200nm范围厚度的氮化硅层；其中具有25-600nm范围厚度的该至少一个钝化层包括至少一个包含所述氧化硅层和所述氮化硅层两者的双层。2.权利要求1的方法，其中所述第一硅前体选自Si(OR1)xR2J^ ;其中 x+y = 4 和 y 古 4 ;R1独立地选自C1-C8直链烷基，其中该配体是饱和或不饱和的；C1-C8支链烷基，其中该配体可以是饱和的或不饱和的；C1-C8环烷基，其中该配体可以是饱和的、不饱和的或芳香族的；以及R2独立地选自氢；C1-C8直链烷基，其中该配体是饱和或不饱和的；C1-C8支链烷基，其中该配体可以是饱和的或不饱和的；C1-C8环烷基，其中该配体可以是饱和的、不饱和的或芳香族的；以及 NR33，其中R3可以独立地选自氢和直链、支链、环状的饱和或不饱和烷基；且第二硅前体选自硅烷、SiRxHy族及其组合；其中 x+y = 4, y ^ 4,以及 R独立地选自C1-C8直链烷基，其中该配体是饱和或不饱和的；C1-C8支链烷基，其中该配体可以是饱和的或不饱和的；C1-C8环烷基，其中该配体可以是饱和的、不饱和的或芳香族的；以及 NR^其中R*可独立地选自由氢和直链、支链、环状的饱和的或不饱和的烷基；优选地，所述C1-C8直链烧基选自由甲基、乙基、丁基、丙基、己基、乙稀基、稀丙基、1-丁烯基和2-丁烯基；优选地，所述C1-C8支链烷基选自异丙基、异丙烯基、异丁基和叔丁基；和优选地，所述C1-C8环烷基选自环戊基、环己基、苯甲基和甲基环戊基。3.权利要求1或2所述的方法，其中所述第一硅前体选自由下述组成的组甲氧基硅烧、二甲氧基娃烧、二甲氧基娃烧、四甲氧基娃烧、四丙氧基娃烧、乙氧基娃烧、二乙氧基娃烷、三乙氧基硅烷、二甲氧基二乙氧基硅烷、甲氧基三乙氧基硅烷、乙氧基三甲氧基硅烷、甲基乙氧基硅烷、乙基乙氧基硅烷、乙基二乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烧、_二甲基_二乙氧基娃烧、二甲基乙氧基娃烧、二乙基_二乙氧基娃烧、甲基乙氧基娃烧、乙基乙氧基娃烧、甲基二甲氧基娃烧、二甲基乙氧基娃烧、正丙基二乙氧基娃烧、异丙基二乙氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、叔丁基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷及它们的组合，优选选自由正硅酸四乙酯、四丙氧基硅烷、二乙氧基甲基硅烷及其混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·K·哈斯，A·玛利卡朱南，R·G·里德格瓦伊，K·A·胡特奇松，M·T·萨沃，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：