[發(fā)明專利]一種簡單快速的硅表面鈍化方法

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• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104143590A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 葉繼春;高平奇;盛江;范科;韓燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 上海一平知識產(chǎn)權代理有限公司 31266
• 代理人: 馬莉華;崔佳佳

技術領域

本發(fā)明屬于化學化工和光伏材料的交叉領域。具體地，涉及硅表面的鈍化處理方法及其在硅/有機物雜化電池的應用。

背景技術

在眾多的太陽電池技術中，硅/有機雜化太陽電池是具有很大潛力的新型太陽能電池之一。該電池具備有機半導體材料的優(yōu)勢：1)合成成本低；2)功能和結構易于設計和調制；3)溶液制膜、工藝簡單；4)大面積、有柔性。目前，已開發(fā)一大批常用的共軛聚合物光伏材料，例如P3HT、MEH-PPV、MDMO-PPV、PCPDTBT、PEDOT等。同時，硅/有機雜化太陽電池也具有硅半導體的特點：1)載流子遷移率高，2)化學穩(wěn)定性好。硅/有機雜化太陽電池可望整合兩者優(yōu)勢，開辟一條低成本、綠色、高效的光伏電池技術新途徑。

然而，光生載流子只有遷移擴散到異質結界面才能分離，當共軛聚合物作為吸光給體材料時，光生載流子主要在分子內的共軛鍵上運動，且分子鏈間的遷移比較困難，導致有機半導體材料光生載流子的有效擴散長度較短，僅有約10nm，在擴散到異質結界面之前就會被復合，電荷收集率低，限制了電池的光電轉換效率的提高。無機半導體具有較長的光生載流子擴散長度，能克服擴散長度短帶來的負面問題，更適合作為雜化電池中的吸光受體材料。另一方面，有機/無機材料的性質差異會導致兩相界面接觸不良，光生載流子在異質結界面分離后，一部分電子隨即在界面缺陷處被復合，電子不能快速有效收集到無機半導體，造成短路電流和開路電壓的損失。同時，無機半導體材料表面存在著大量缺陷(電子陷阱)，對電子有很強的捕獲能力，不利于電子的傳輸，影響電池的填充因子。

因此，有機給體和無機受體只有良好接觸才能保證光生載流子在該異質結界面的快速分離，并被有效地收集。但是硅表面的晶體周期性被破壞而產(chǎn)生懸掛鍵，使得表面存在大量的缺陷態(tài)。同時，位錯、化學殘留物、表面金屬等都會引入缺陷態(tài)。在硅表面形成電荷復合中心，表面載流子的復合會對硅電池性能產(chǎn)生很大的影響，不僅影響電池的穩(wěn)定性，而且會極大地影響電池的電流、電壓和效率。為了提高硅電池性能和穩(wěn)定性，發(fā)展了硅表面鈍化技術，表面鈍化可降低界面態(tài)，鈍化膜中的固定電荷使硅表面反型或堆積，形成表面結，阻止少數(shù)載流子復合。目前，在工業(yè)上，硅電池的硅表面鈍化技術分為：1)通過沉積或生長適當?shù)拟g化層，降低硅表面態(tài)密度；2)降低硅表面的自由電子或空穴的濃度。主要包括等離子體增強化學氣相沉積SiN_x、等離子體增強化學氣相沉積α-Si:H、熱氧化SiO₂和原子層沉積Al₂O₃等。然而，目前在該雜化電池中，硅表面的鈍化層主要通過自然氧化得到SiO_x鈍化層，該方法得到的鈍化層質量受環(huán)境影響嚴重，不容易制備出高質量SiO_x鈍化層，且重復性差。

由此，尋求一種能制備致密、超薄的SiO_x鈍化層的技術，同時能抑制載流子復合有利于電子隧穿的鈍化層，對制備高效穩(wěn)定的硅/有機雜化電池具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種簡單有效的硅表面鈍化方法，該表面鈍化技術主要應用在硅/有機物雜化電池領域。

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種制備硅表面鈍化層的方法，所述方法包括步驟：

(i)預處理：提供一硅片基材，并對所述硅片基材進行預處理，得到經(jīng)預處理的硅片基材；

(ii)鈍化處理：將上一步驟的經(jīng)預處理的硅片基材，用氧化劑水溶液進行鈍化處理，并進行洗滌，從而形成鈍化層；和

(ⅲ)任選的干燥：對所述硅片基材進行干燥，從而干燥的、形成位于所述硅片基材表面的鈍化層。

在另一優(yōu)選例中，在步驟(i)的得到經(jīng)預處理的硅片基材，立刻或直接進行步驟(ii)的鈍化處理。

在另一優(yōu)選例中，在步驟(i)和步驟(ii)之間的間隔時間為0-15分鐘，較佳地0-5分鐘，更佳地為0-1分鐘。

在另一優(yōu)選例中，所述硅片基材包括p型和n型。

在另一優(yōu)選例中，步驟(i)中還包括對所述硅片基材進行預處理，從而提供經(jīng)預處理的硅片基材。

在另一優(yōu)選例中，用于預處理硅片基材的溶液包括：H₂SO₄-H₂O₂溶液，HCl-H₂O₂-H₂O溶液，以及氫氟酸溶液。