[發明專利]復合硅基材料及其制法和應用

有效

• 申請號: 201410493807.3
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104241410B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 葉繼春;孫一靈;高平奇;潘淼;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: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司31266
• 代理人: 崔佳佳,馬莉華

技術領域

本發明涉及光伏領域，具體地涉及太陽電池用復合硅基材料和太陽電池及其制法。

背景技術

晶體硅電池由于其高轉換效率、高穩定性、高壽命、成熟的發展技術而成為太陽能電池的主流，占有大部分市場份額，所以硅片的質量對電池性能而言顯得極為重要。晶體硅材料表面的復合中心，如懸掛鍵、斷鍵、雜質等會使光生載流子湮滅，縮短了載流子的擴散長度，使得硅表面成為影響少子壽命的關鍵因素。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。

目前應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合速率。常用的鈍化膜材料有SiO_x、a-SiN_x:H、a-Si:H、Al₂O₃、TiO₂等。相較于其他材料，熱氧化制備的SiO_x具有低表面復合速率(S_eff<20cm/s)，與Si襯底晶格匹配度高，能引入H元素增加化學鈍化，界面態缺陷密度小等特點，對Si表面有明顯鈍化及減反效果。所以SiO_x不失為鈍化膜的一種理想選擇。

熱氧化技術制備SiO_x薄膜已經相當成熟，但前人通過大量的實驗表明，實驗室中SiO_x膜在高溫(1100～1200℃)氧化條件下鈍化效果最好。但長時間的高溫過程容易使質量較差的單、多晶硅襯底產生缺陷，復合加強，對硅片的體壽命產生不利影響，從而影響整個太陽電池的性能；另一方面，高溫條件會加速有害雜質擴散至硅片體內，并且高溫過程操作復雜，成本較高。介于高溫熱氧化法的上述缺陷，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注。

傳統工藝PECVD(等離子體增強化學氣相沉積法)制備的SiO_x薄膜帶少量正電(Q_f～10¹¹cm^-2)，這個數量級的界面電荷對N型硅襯底起不到有效場鈍化，同時也不會在P型襯底上造成反型層，不會導致并聯電阻降低，短路電流變小，所以，傳統方法制備的SiO_x層本身對P或者N型襯底均只起到較好的化學鈍化作用，不能提供電場鈍化作用。近期研究結果顯示，Al₂O₃帶一定量的負電荷(Q_f～-4×10¹²cm^-2)，不僅能對P型襯底提供良好的化學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，無法在現今行業的大背景下大規模應用于市場。綜上所述，利用PECVD制備SiO_x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。

SiO_x作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(University of New South Wales)的J H Zhao等人(J.H.Zhao,A.H.Wang,M.A.Green,19.8％efficient“honeycomb”textured multicrystalline and 24.4％monocrystalline silicon solar cells,Appl.Phys.Lett.1998,73,1991)在硅表面生成陷光結構，再用單層SiO₂進行鈍化處理制備得到轉化效率高達24.4％的單晶硅太陽能電池。為改變SiO₂薄膜的帶電量及其正負性，研究人員嘗試用電暈充電的方式(S.W.Glunz,D.Biro,S.Rein,W.Warta,Field-effect passivation of the SiO2Si interface,J.Appl.Phys.1999,86,683)，通過在薄膜上方增加個強電場，使薄膜產生對應感應電荷(H Jin,K.J.Weber,N.C.Dang,W.E.Jellett,Defect generation at the Si-SiO2interface following corona charging,Appl.Phys.Lett.2007,90,262109)。薄膜電荷的正負性取決于電場方向，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被還原，失去原有的帶電性。