復(fù)合硅基材料及其制法和應(yīng)用的制作方法

復(fù)合硅基材料及其制法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種復(fù)合硅基材料及其制法和應(yīng)用。具體的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合硅基材料，該材料包括：p型硅基底；位于所述p型硅基底至少一個(gè)主表面的帶負(fù)電的鈍化膜；所述鈍化膜包括至少一層帶負(fù)電的摻雜態(tài)氧化硅層，且所述摻雜態(tài)氧化硅層中使所述氧化硅層帶負(fù)電的摻雜元素的含量為0.01～10％，按所述摻雜元素所在摻雜態(tài)氧化硅層的總原子數(shù)計(jì)。本發(fā)明的復(fù)合硅基材料含帶大量負(fù)電荷的鈍化膜，鈍化膜對硅基底可起到優(yōu)異的鈍化效果，且該材料的制備成本低廉，在應(yīng)用于太陽電池時(shí)能有效提高太陽的電池的轉(zhuǎn)化效率。
【專利說明】復(fù)合硅基材料及其制法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏領(lǐng)域，具體地涉及太陽電池用復(fù)合硅基材料和太陽電池及其制法。

【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅電池由于其高轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性、高壽命、成熟的發(fā)展技術(shù)而成為太陽能電池的主流，占有大部分市場份額，所以硅片的質(zhì)量對電池性能而言顯得極為重要。晶體硅材料表面的復(fù)合中心，如懸掛鍵、斷鍵、雜質(zhì)等會(huì)使光生載流子湮滅，縮短了載流子的擴(kuò)散長度，使得硅表面成為影響少子壽命的關(guān)鍵因素。因此，提高硅表面性能是太陽能電池制備過程中的重要一環(huán)。
[0003]目前應(yīng)用較多的是在硅材料表面生長一層鈍化膜來降低其表面復(fù)合速率。常用的鈍化膜材料有Si0x、a-SiNx:H、a-S1:H、Al203、Ti02等。相較于其他材料，熱氧化制備的S1x具有低表面復(fù)合速率(Seff〈20cm/s)，與Si襯底晶格匹配度高，能引入H元素增加化學(xué)鈍化，界面態(tài)缺陷密度小等特點(diǎn)，對Si表面有明顯鈍化及減反效果。所以S1xF失為鈍化膜的一種理想選擇。
[0004]熱氧化技術(shù)制備S1x薄膜已經(jīng)相當(dāng)成熟，但前人通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)室中S1x膜在高溫(1100?1200°C )氧化條件下鈍化效果最好。但長時(shí)間的高溫過程容易使質(zhì)量較差的單、多晶硅襯底產(chǎn)生缺陷，復(fù)合加強(qiáng)，對硅片的體壽命產(chǎn)生不利影響，從而影響整個(gè)太陽電池的性能；另一方面,高溫條件會(huì)加速有害雜質(zhì)擴(kuò)散至硅片體內(nèi)，并且高溫過程操作復(fù)雜，成本較高。介于高溫?zé)嵫趸ǖ纳鲜鋈毕?，采用低溫沉積的方法制備太陽電池表面鈍化膜越來越受到人們的關(guān)注。
[0005]傳統(tǒng)工藝PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)制備的S1x薄膜帶少量正電(Qf?111CnT2)，這個(gè)數(shù)量級的界面電荷對N型硅襯底起不到有效場鈍化，同時(shí)也不會(huì)在P型襯底上造成反型層，不會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)電阻降低，短路電流變小，所以，傳統(tǒng)方法制備的S1x層本身對P或者N型襯底均只起到較好的化學(xué)鈍化作用，不能提供電場鈍化作用。近期研究結(jié)果顯示，Al2O3帶一定量的負(fù)電荷(Qf?_4X 112CnT2)，不僅能對P型襯底提供良好的化學(xué)鈍化還能提供場鈍化，所以Al2O3是目前為止最理想的P型襯底鈍化材料。但是制備儀器ALD的高投入以及Al2O3生長速率較慢，無法在現(xiàn)今行業(yè)的大背景下大規(guī)模應(yīng)用于市場。綜上所述，利用PECVD制備S1x如能克服在場鈍化中的劣勢，其單層或疊層薄膜就能成為理想的鈍化材料。
[0006]S1Jt為太陽能電池的鈍化膜已有悠久的歷史，早在1998年，新南威爾士大學(xué)(University of New South Wales)的 J H Zhao 等人(J.H.Zhao, A.H.Wang, Μ.A.Green, 19.8 % efficient “honeycomb” textured multi crystal line and 24.4 %monocrystalline silicon solar cells, Appl.Phys.Lett.1998，73，1991)在娃表面生成陷光結(jié)構(gòu)，再用單層S12進(jìn)行鈍化處理制備得到轉(zhuǎn)化效率高達(dá)24.4%的單晶硅太陽能電池。為改變S12薄膜的帶電量及其正負(fù)性，研究人員嘗試用電暈充電的方式(S.ff.Glunz, D.Biro,S.Rein, W.Wartaj Field-effect passivat1n of the Si02Si interface, J.Appl.Phys.1999，86，683)，通過在薄膜上方增加個(gè)強(qiáng)電場，使薄膜產(chǎn)生對應(yīng)感應(yīng)電荷(HJin, K.J.Weber, N.C.Dang, ff.E.Jellett, Defect generat1n at the S1-Si02interfacefollowing corona charging, App1.Phys.Lett.2007, 90, 262109)。薄膜電荷的正負(fù)性取決于電場方向，薄膜帶電量的大小取決于電場大小。這種方法制備的鈍化膜容易在紫外線輻照時(shí)被還原，失去原有的帶電性。
[0007]綜上所述，目前缺乏令人滿意的、鈍化效果好、制備方法簡單、生成成本低的用于太陽電池的鈍化膜。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)新的鈍化效果好、制備方法簡單的太陽電池的鈍化膜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種。
[0009]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種復(fù)合娃基材料，所述復(fù)合娃基材料包括:
[0010]P型娃基底；
[0011]位于所述P型硅基底至少一個(gè)主表面的帶負(fù)電的鈍化膜；
[0012]所述鈍化膜包括至少一層帶負(fù)電的摻雜態(tài)氧化硅層，且所述摻雜態(tài)氧化硅層中使所述氧化硅層帶負(fù)電的摻雜元素的含量為0.01?10%，按所述摻雜元素所在摻雜態(tài)氧化硅層的總原子數(shù)計(jì)。
[0013]在另一優(yōu)選例中，所述硅基底的厚度為0.1?1000 μ m，較佳地，為20?280 μ m。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述摻雜元素的含量為I?5 %，較佳地，為2?3%，按所述摻雜元素所在摻雜態(tài)氧化硅層的總原子數(shù)計(jì)。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜包含的摻雜態(tài)S1x層中，X為0.3?3，較佳地，為0.5 ?2。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜包含的摻雜態(tài)S1x層中，X為1.8?2.5，x越接近2，所述氮化膜的氮化性能越好。
[0017]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜包含的摻雜態(tài)S1x層中，含有0.1?20%摩爾比的H元素，按所述摻雜元素所在摻雜態(tài)氧化硅層的總摩爾數(shù)計(jì)。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述P型硅基底包括拋光或制絨后的硅基底。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述P型娃基底包括多晶P型娃基底或單晶P型娃基底。
[0020]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜所帶的負(fù)電荷密度為112?1013cm_2。
[0021]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜所帶的負(fù)電荷密度為112?113CnT2是指每cm—2大小的膜層中含有112?113個(gè)電子。
[0022]在另一優(yōu)選例中,所述摻雜元素包括:磷、砷、鋪、秘，或其組合。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述摻雜態(tài)氧化硅層的厚度為I?300nm。
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述摻雜態(tài)氧化硅層的厚度為10?10nm。
[0025]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜為多層復(fù)合膜。
[0026]在另一優(yōu)選例中，為多層復(fù)合膜的鈍化膜還包括氮化硅層、氧化鈦層、氧化鋁層、非晶硅層、導(dǎo)電玻璃、晶硅層，或其組合。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述摻雜態(tài)氧化硅層位于所述硅基底的至少一個(gè)主表面上。
[0028]在另一優(yōu)選例中，所述氮化硅層、氧化鈦層、氧化鋁層、非晶硅層、導(dǎo)電玻璃、或晶硅層中的任一層位于所述P型硅基底的至少一個(gè)主表面上。
[0029]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜中摻雜態(tài)氧化硅層的厚度含量占鈍化膜總厚度的3 ?100%。
[0030]本發(fā)明的第二方面公開了一種如本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合硅基材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0031]a)提供P型娃基底；
[0032]b)在所述P型硅基底至少一個(gè)主表面上生長帶負(fù)電的所述鈍化膜，從而得到如權(quán)利要求I所述的復(fù)合硅基材料。
[0033]在另一優(yōu)選例中，所述步驟b)包括:
[0034]通過化學(xué)氣相沉積法在所述P型硅基底上沉積至少一層所述摻雜態(tài)氧化硅層，得到P型硅基底-摻雜態(tài)氧化硅層，然后對生成的P型硅基底-摻雜態(tài)氧化硅層進(jìn)行退火處理。
[0035]在另一優(yōu)選例中，通過物理氣相沉積法在所述P型硅基底上沉積所述摻雜態(tài)氧化娃層。
[0036]在另一優(yōu)選例中，所述化學(xué)氣相沉積法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。
[0037]在另一優(yōu)選例中，所述步驟b)包括:
[0038]在所述P型硅基底的至少一個(gè)主表面上生成第一鈍化膜層，所述第一鈍化膜層包括:氮化硅層、氧化鈦層、氧化鋁層、非晶硅層、導(dǎo)電玻璃、晶硅層，或其組合，得到具有第一純化I吳層的P型娃基底；
[0039]在所述具有第一鈍化膜層的P型硅基底的第一鈍化膜層的上表面沉積第二鈍化膜層，所述第二鈍化膜層包括至少一層摻雜態(tài)氮化硅層，其中，所述鈍化膜包括第一鈍化膜層和第二鈍化膜層。
[0040]在另一優(yōu)選例中，所述鈍化膜還包括除第一鈍化膜層和第二鈍化膜層以外的其他鈍化膜層，如摻雜態(tài)氧化硅層、氮化硅層、氧化鈦層、氧化鋁層、非晶硅層、導(dǎo)電玻璃、晶硅層，或其組合。
[0041]在另一優(yōu)選例中，所述化學(xué)氣相沉積法為是在混合氣體中進(jìn)行的，該混合氣體包括含有硅元素的氣體一、含有氧元素的氣體二、含有摻雜元素的氣體三。
[0042]在另一優(yōu)選例中，所述氣體一包括娃燒、乙娃燒,或其組合。
[0043]在另一優(yōu)選例中，所述氣體二包括氧氣、二氧化碳、一氧化二氮，或其組合。
[0044]在另一優(yōu)選例中，所述氣體三包括磷化氫、砷化氫、銻化氫、三氟化磷、五氟化磷，或其組合。
[0045]在另一優(yōu)選里中，所述混合氣體還包括用于起保護(hù)作用或補(bǔ)充薄膜中H元素的氣體四。
[0046]在另一優(yōu)選例中，所述氣體四包括氮?dú)?、氬氣、氫氣，或其組合。
[0047]在另一優(yōu)選例中，所述氣體一和氣體二的流量體積比為1:0.5?12，較佳地，I:I?5。
[0048]在另一優(yōu)選例中，所述氣體一和氣體三的流量體積比為100:0.01?200，較佳地，為 100:1 ?90。
[0049]在另一優(yōu)選例中，所述氣體一和氣體四的流量體積比為1:3?30，較佳地，為1:10 ?20。
[0050]在另一優(yōu)選例中，所述化學(xué)氣相沉積包括以下一組或多組特征:
[0051]沉積功率為0.01 ?0.2ff/cm2 ；
[0052]沉積溫度為120?500°C ；
[0053]沉積氣壓為20?200Pa ；
[0054]沉積氣體總流量為10?lOOOOsccm ；
[0055]沉積頻率為I?10MHz。
[0056]在另一優(yōu)選例中，所述退火處理的溫度為150?1000°C。
[0057]在另一優(yōu)選例中，所述退火處理的時(shí)間為0.5?120min。
[0058]本發(fā)明的第三方面公開了一種制品，包括本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合硅基材料。
[0059]在另一優(yōu)選例中，所述制品為太陽電池。
[0060]應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]圖1不出了本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合娃基材料N0.1的鈍化膜在電暈充電后對應(yīng)的表面復(fù)合速率的示意圖；
[0062]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例2中復(fù)合硅基材料N0.2的鈍化膜在電暈充電后對應(yīng)的表面復(fù)合速率的示意圖；
[0063]圖3不出了本發(fā)明實(shí)施例3中復(fù)合娃基材料N0.3的鈍化膜在電暈充電后對應(yīng)的表面復(fù)合速率的示意圖；
[0064]圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)制作的對比實(shí)施例中的復(fù)合硅基材料N0.4在電暈充電后對應(yīng)的表面復(fù)合速率的示意圖；
[0065]圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)制作的對比實(shí)施例中的復(fù)合硅基材料N0.5在電暈充電后對應(yīng)的表面復(fù)合速率的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0066]本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，篩選了大量配方，首次發(fā)現(xiàn)，可以通過在氧化硅中摻雜某些元素使得作為鈍化層的氧化硅層帶大量負(fù)電荷，從而提高P型硅基底上含有摻雜態(tài)氧化硅層的鈍化膜的鈍化效果，進(jìn)而提高使用本發(fā)明復(fù)合硅基材料的太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。并且，該摻雜態(tài)氧化硅層可通過氣相沉積法生成，制備方法簡單，制備成本低，可進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
[0067]復(fù)合硅基材料
[0068]本發(fā)明的復(fù)合硅基材料復(fù)合硅基材料的硅基底為P型，包含摻雜態(tài)氧化硅層的鈍化膜位于P型硅基底的至少一個(gè)主表面上，且該鈍化膜總體帶負(fù)電。摻雜態(tài)氧化硅層可直接與所述P型硅基底接觸，也可沉積在其他鈍化膜層(如氮化硅層、氧化鈦層、氧化鋁層、非晶娃層、導(dǎo)電玻璃、晶娃層)上。鈍化膜可包括一層摻雜態(tài)氮化娃層，也可包括多層摻雜態(tài)氧化硅層。
[0069]與沉積未做摻雜的氧化硅層到P型硅基底得到的復(fù)合硅基材料相比，本發(fā)明的復(fù)合硅基材料由于具有摻雜態(tài)氮氧化硅層，反射率可降低0.1%?10%。
[0070]鈍化膜
[0071 ] 本發(fā)明的鈍化膜可以只由單層的摻雜態(tài)氧化硅層組成，也可由多層摻雜態(tài)氧化硅層組成，或者由摻雜態(tài)氧化硅層和其他鈍化膜層(如氮化硅層、氧化鈦層、氧化鋁層、非晶硅層、導(dǎo)電玻璃、晶硅層)組成，不論組成成分如何，其總體帶負(fù)電量，且?guī)щ娏扛哂?012cnT2。
[0072]摻雜態(tài)氧化硅層
[0073]本發(fā)明所述的摻雜態(tài)氧化硅層是指摻雜有使得該氧化硅層的帶負(fù)電的元素的鈍化層，摻雜元素只要能使得該氧化硅層帶負(fù)電都可，比如磷、砷、銻、鉍，或其組合。
[0074]復(fù)合硅基材料的制備方法
[0075]本發(fā)明還提供了本發(fā)明復(fù)合硅基材料的制備方法，具體地，包括以下步驟:
[0076]a)提供P型娃基底；
[0077]b)在所述P型硅基底至少一個(gè)主表面上生成帶負(fù)電的鈍化膜，其中，所述鈍化膜所帶的負(fù)電荷密度為112?1013cm_2，且所述鈍化膜包括至少一層帶負(fù)電的摻雜態(tài)氧化硅層，且所述摻雜態(tài)氧化硅層中使所述氧化硅層帶負(fù)電的摻雜元素的含量為0.01?50%，按所述摻雜元素所在摻雜態(tài)氧化硅層的總原子數(shù)計(jì)。
[0078]在本發(fā)明的一優(yōu)選例中，上述步驟b)包括:
[0079]在PECVD設(shè)備內(nèi)通入四種一定比例的氣體，包括含有Si元素的氣體一、含有O元素的氣體二、含有摻雜元素的氣體三和氣體四(包括氮?dú)?、氬氣、氫氣，或其組合)，在一定工藝條件下在制備得到單層或多層含有摻雜氧化硅層的鈍化膜，之后進(jìn)行退火處理。
[0080]需要說明的是:硅基材可以為一定尺寸，拋光或各類制絨P型硅基材，多晶或者單晶P型硅基材；氣體一為硅烷或乙硅烷；步驟5中氣體二為氧氣或一氧化二氮；步驟5中氣體三為磷化氫、砷化氫、銻化氫、鉍化氫、三氟化磷、五氟化磷等，或其某一比例的組合；步驟5中氣體四為氮?dú)?、氬氣、氫氣，或其組合氣體；氣體一和氣體二的流量體積比為1:0.5-12，優(yōu)選為1:1-5 ;氣體一和氣體三的流量體積比為100:0.01-200，優(yōu)選為100:1-90 ;氣體一和氣體四的流量體積比1:3-30，優(yōu)選為1:10-20 ;沉積功率為0.01 一 0.2ff/cm2 ;沉積溫度為150 - 5000C ;沉積氣壓為20 - 200Pa ;步驟5中沉積厚度為I 一 300nm ;沉積氣體總流量為 10_10000sccm。
[0081]此外，在本步驟b)中，可將帶負(fù)電的摻雜態(tài)氧化硅層沉積在其他鈍化膜層或者在硅基材表面上；沉積帶負(fù)電摻雜態(tài)氧化硅層后也可以在其上再沉積其他鈍化膜層。其他鈍化膜層可以為SiNx、Ti02、Al203、a-S1、ITO、c_S1、或其一定膜厚比例的組合。
[0082]此外，在本步驟b)中，退火處理在150?1000°C進(jìn)行，處理時(shí)間為0.5?120min。
[0083]本發(fā)明還提供了一種太陽能電池的制備方法，具體地，包括以下步驟:
[0084]P型硅基片的清洗及制絨；擴(kuò)散制節(jié)；等離子刻邊；去磷硅玻璃；含有摻雜態(tài)氧化硅層的鈍化膜的制備；印刷制電極；燒結(jié)；激光刻蝕。
[0085]其中，含有摻雜態(tài)氧化硅層的鈍化膜的制備如上優(yōu)選例中所述，其他步驟為現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。
[0086]應(yīng)用
[0087]本發(fā)明的復(fù)合硅基材料可作為太陽電池的鈍化層。
[0088]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括:
[0089]I)本發(fā)明含有雜質(zhì)元素的摻雜態(tài)氧化硅層帶負(fù)電，能使其在P型硅基底上場鈍化效果更優(yōu)，較傳統(tǒng)氧化硅更適合應(yīng)用于P型硅基底的鈍化。
[0090]2)本發(fā)明的復(fù)合硅基材料包含的摻雜態(tài)氧化硅層可通過PECVD，即低溫制備生產(chǎn)，不損傷硅基材，使用本發(fā)明的復(fù)合硅基材料的太陽能電池轉(zhuǎn)化效率更高。
[0091]3) PECVD在太陽能電池廠普及非常廣泛，不需要ALD等昂貴儀器就能完成對P型硅的優(yōu)質(zhì)鈍化，制備成本低，設(shè)備普及廣。且PECVD鍍膜的速率非常高，適合工業(yè)化應(yīng)用。
[0092]4)克服現(xiàn)有氧化硅薄膜中帶正電導(dǎo)致無法很好地應(yīng)用于P型硅表面鈍化、高質(zhì)量氧化硅制備過程需高溫處理導(dǎo)致鈍化膜質(zhì)量受影響、傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)P型硅鈍化膜Al2O3制備速率過慢且制備儀器價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。
[0093]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)是重量百分比和重量份數(shù)。
[0094]制備實(shí)施例
[0095]實(shí)施例1
[0096]按以下工藝步驟制備復(fù)合硅基材料N0.1。
[0097]a.對硅基底進(jìn)行如下處理:清洗及制絨、擴(kuò)散制節(jié)、等離子刻邊、去磷硅玻璃后，其中，該硅基底為4英寸，純度大于99.9999%的p型拋光硅片。
[0098]b.將該硅基底放入PECVD腔室內(nèi)，通入流量比例為1:1:0.1:10的硅烷、氧氣、磷化氫、氬氣的混合氣體，氣體總流量為300sccm，氣壓為lOOPa，溫度為300°C，功率為0.08W/cm2，沉積一定時(shí)間之后得到1nm(厚度通過截面SEM與橢偏儀測量而得)的前驅(qū)摻雜態(tài)氧化娃層。
[0099]c.在400°C退火5分鐘制備得到優(yōu)質(zhì)帶負(fù)電摻雜態(tài)氧化硅層，得到復(fù)合硅基材料N0.1。
[0100]在本發(fā)明中，可采用XPSOc光電子能譜儀)測試沉積的膜層是否為摻雜態(tài)氧化硅層，且可測的個(gè)元素的含量，本實(shí)施例的摻雜態(tài)氧化硅層利用XPS可測得元素摩爾比為Si:0:P = 1.09:2.27:0.08。
[0101]實(shí)施例2
[0102]按以下工藝步驟制備復(fù)合硅基材料N0.2。
[0103]a.對硅基底進(jìn)行如下處理:清洗及制絨、擴(kuò)散制節(jié)、等離子刻邊、去磷硅玻璃，該硅基底為6英寸，純度大于99.9999%的P型拋光硅片。
[0104]b.將該硅基底放入PECVD腔室內(nèi)，通入流量比例為1:0.9:0.2:20的硅烷、一氧化二氮、磷化氫、氬氣的混合氣體，氣體總流量為200SCCm，氣壓為150Pa，溫度為400°C，功率為0.lW/cm2，沉積一定時(shí)間之后得到20nm(厚度通過截面SEM與橢偏儀測量而得)的前驅(qū)摻雜態(tài)氧化硅層。
[0105]c.在600°C退火10分鐘制備得到優(yōu)質(zhì)帶負(fù)電摻雜態(tài)氧化硅層。
[0106]d.再在上述摻雜態(tài)氧化硅層上用PECVD沉積一定厚度的氮化硅薄膜，退火之后形成摻雜態(tài)氧化硅-氮化硅層的多層鈍化膜，得到復(fù)合硅基材料N0.2。
[0107]本實(shí)施例中，鍍完摻雜氧化硅后濺射掉樣品表面的污染層，測得XPS元素mol比Si:0:P = 0.91:2.42:0.08 ;鍍完氮化硅后濺射掉樣品表面的污染層，測XPS元素mol比Si:N = 3.51:4.39。
[0108]實(shí)施例3
[0109]按以下工藝步驟制備制備復(fù)合硅基材料N0.3。
[0110]a.對硅基底進(jìn)行如下處理:清洗及制絨、擴(kuò)散制節(jié)、等離子刻邊、去磷硅玻璃，該硅基底為5英寸，純度大于99.9999999999 %的p型拋光硅片。
[0111]b.在該娃基底表面沉積一層1nm厚的傳統(tǒng)氧化娃層。
[0112]c.將上述帶有傳統(tǒng)氧化硅層的硅基底放入PECVD腔室內(nèi)，通入流量比例為1:1.5:0.2:15的娃燒、氧氣、砷化氫、氮?dú)饣旌蠚怏w，氣體總流量為800sccm,氣壓為290Pa,溫度為200°C，功率為0.07W/cm2，沉積一定時(shí)間之后得到共5nm厚的前驅(qū)摻雜態(tài)氧化硅層。
[0113]d.在300°C退火15分鐘制備得到優(yōu)質(zhì)帶負(fù)電摻雜態(tài)氧化硅層，得到復(fù)合硅基材料
N0.3o
[0114]本實(shí)施例的鈍化膜利用XPS可測得元素摩爾比為Si:0:As = 1.30:2.45:0.05。
[0115]對比例
[0116]對比例I
[0117]利用傳統(tǒng)氧化硅層的制備方法，即將硅片放入氧化爐內(nèi)，通入約1L.HiirT1的氮?dú)?5L.mirT1的氧氣,約800°C溫度下氧化30min,生成約1nm的S12薄膜,從而得到對比復(fù)合硅基材料N0.4。
[0118]對比例2
[0119]利用現(xiàn)有技術(shù)制備氧化鋁鈍化膜的方法，即將硅片放入腔體內(nèi)，抽真空至約至IPa，腔體體積約為0.009m3，溫度設(shè)置為200°C。第一步，通入0.3s的三甲基鋁氣體；第二步，通入氮?dú)獯祾?s ;第三步,通入水蒸氣0.5s ;第四步,通入氮?dú)獯祾?s。這四部為一個(gè)周期，每一個(gè)周期制備的三氧化二鋁厚度約為0.125nm。制備得到的三氧化二鋁在450°C，N2氣氛下退火10分鐘生成高鈍化效果的三氧化二鋁薄膜。從而得到對比復(fù)合硅基材料N0.5。
[0120]測試實(shí)施例
[0121]表面復(fù)合速率測試:
[0122]圖1-5分別示出了本發(fā)明復(fù)合硅基材料N0.1、復(fù)合硅基材料N0.2、復(fù)合硅基材料N0.3、復(fù)合硅基材料N0.4以及對比復(fù)合硅基材料N0.5的表面復(fù)合速率測試結(jié)果。
[0123]如圖所示，圖中橫坐標(biāo)表示電暈充電之后留在薄膜上的電荷密度,縱坐標(biāo)表示表面復(fù)合速率Srff，Seff越低說明復(fù)合硅基材料的鈍化膜在P型硅基底上的鈍化效果越好。Qf表示固定電荷量，帶負(fù)電荷量越高，說明復(fù)合硅基材料的鈍化膜在P型硅基底上的鈍化效果越好。Seff, _表示電荷通過電暈充電中和掉薄膜中的固定電荷之后的表面復(fù)合速率，即化學(xué)鈍化效果下的表面復(fù)合速率，其越小，表示化學(xué)鈍化效果越好。
[0124]上述測試結(jié)果表明，與傳統(tǒng)方法制備得到的氧化硅層(圖4)相比，本發(fā)明實(shí)施例制備的含有摻雜態(tài)氧化硅層的帶負(fù)電的太陽電池鈍化膜的固定電荷含量(4.9-5.lX1012cnT2)遠(yuǎn)大于復(fù)合娃基材料N0.4的氧化娃層的固定電荷含量(正電荷,密度為0.8 X 112CnT2),而Seftmax的值小于復(fù)合娃基材料N0.4的氧化娃層Seftmax的值,說明本發(fā)明實(shí)施例制備的復(fù)合硅基材料的鈍化膜的鈍化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)方法制備得到氧化硅的鈍化效果。
[0125]同時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)制備的氧化鋁相比，復(fù)合硅基材料N0.1-N0.3的鈍化膜的Seff，_值均小于復(fù)合硅基材料N0.5的鈍化膜的Srftmax值，說明本發(fā)明實(shí)施例制備的含有摻雜態(tài)氧化硅層的鈍化膜的化學(xué)鈍化效果優(yōu)于氧化鋁鈍化膜的化學(xué)鈍化效果。而兩者的固定電荷值相當(dāng)，說明采用本發(fā)明較簡單的制備方法，便可制備與氧化鋁鈍化膜鈍化效果相當(dāng)或優(yōu)于氧化鋁鈍化膜鈍化效果的含摻雜態(tài)氧化硅層的鈍化膜。
[0126]高效太陽能電池都是利用高效的鈍化層來降低材料表面的電子空穴復(fù)合，進(jìn)而提高開路電壓與短路電流，達(dá)到高電池光電轉(zhuǎn)化效率的目的。與傳統(tǒng)S12鈍化類似，摻雜S12鈍化層能飽和表面處的懸掛鍵與體內(nèi)的復(fù)合中心，避免了電子空穴復(fù)合帶來的損失；此外，P層上的大量負(fù)電荷更能有利于少子的傳輸，提高少子壽命，降低傳輸過程中的復(fù)合幾率。無論是場鈍化還是化學(xué)鈍化，最終目的都是為了提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0127]在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合硅基材料，其特征在于，所述復(fù)合硅基材料包括: P型娃基底； 位于所述P型硅基底至少一個(gè)主表面的帶負(fù)電的鈍化膜； 所述鈍化膜包括至少一層帶負(fù)電的摻雜態(tài)氧化硅層，且所述摻雜態(tài)氧化硅層中使所述氧化硅層帶負(fù)電的摻雜元素的含量為0.0l?10%，按所述摻雜元素所在摻雜態(tài)氧化硅層的總原子數(shù)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合硅基材料，其特征在于，所述鈍化膜所帶的負(fù)電荷密度為 112 ?113Cm'
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合硅基材料，其特征在于，所述摻雜元素包括:磷、砷、銻、秘，或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合硅基材料，其特征在于，所述摻雜態(tài)氧化硅層的厚度為I ?300nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合硅基材料，其特征在于，所述鈍化膜為多層復(fù)合膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合娃基材料,其特征在于,所述鈍化膜中摻雜態(tài)氧化娃層的厚度含量占鈍化膜總厚度的3?100%。
7.—種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合娃基材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: a)提供P型娃基底； b)在所述P型硅基底至少一個(gè)主表面上生長帶負(fù)電的所述鈍化膜，從而得到如權(quán)利要求I所述的復(fù)合硅基材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟b)包括: 通過化學(xué)氣相沉積法在所述P型硅基底上沉積至少一層所述摻雜態(tài)氧化硅層，得到P型硅基底-摻雜態(tài)氧化硅層，然后對生成的P型硅基底-摻雜態(tài)氧化硅層進(jìn)行退火處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積法是在混合氣體中進(jìn)行的，該混合氣體包括含有硅元素的氣體一、含有氧元素的氣體二和含有摻雜元素的氣體三。
10.一種制品,其特征在于,包括如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合娃基材料。
【文檔編號】H01L31/028GK104241410SQ201410493807
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】葉繼春, 孫一靈, 高平奇, 潘淼, 韓燦 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所