[發明專利]摻氧非晶硅鍺薄膜、異質結晶體硅太陽能電池及制備方法

有效

• 申請號: 201410581435.X
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104393121B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 張麗平;孟凡英;劉正新
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L31/20
• 分類號: H01L31/20;H01L31/0747;H01L31/0376;H01L31/028
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于太陽能電池及制造領域，特別是涉及一種用于鈍化晶體硅表面的摻氧非晶硅鍺薄膜、異質結晶體硅太陽能電池及制備方法。

背景技術

能源是一個國家賴以生存和發展的動力。在化石能源日益枯竭和環境問題凸顯的時代，新型可替代能源的研究將為國民經濟持續發展提供有力的保障。本發明涉及一種新型非晶薄膜鈍化層，在晶體硅表面形成突變界面且有效降低晶體硅表面的載流子復合速率，從而提升非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的性能。該層是實現高效異質結太陽電池的必要條件，屬于新能源中薄膜在太陽電池中應用的技術領域。

目前，晶體硅異質結太陽電池用鈍化層多為非晶硅薄膜，且利用非晶硅薄膜鈍化晶體硅表面后的載流子復合速率低于10cm/s.如果晶體硅表面不做任何工藝處理，非晶硅薄膜極易在晶體硅表面外延形成多晶硅薄層，導致表面鈍化性能被弱化，最終制成器件的性能開路電壓不高，性能沒有進一步提升的空間。

針對這個問題，現有技術中，一般是通過在界面處融入氧以有效抑制晶體硅表面外延層的生長，提高鈍化性能。然而，融入氧后非晶鈍化層的帶隙增寬，導致帶隙不連續性增大，特別是在p-a-Si:H/c-Si界面價帶帶階ΔE_V的增大會影響空穴載流子的收集，如圖1所示，其中，圖1中由左至右為：發射極p-a-Si:H103、普通鈍化層i-a-Si(O_x):H102、晶體硅c-Si101、普通鈍化層i-a-Si(O_x):H102和背場層n-a-Si:H104；下方對應各層能帶為：導帶E_C、價帶E_V、費米能級E_F、以及發射極p側的價帶帶階ΔE_V。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于鈍化晶體硅表面的摻氧非晶硅鍺薄膜、異質結晶體硅太陽能電池及制備方法，用于解決現有技術中晶體硅表面融入氧后非晶鈍化層的帶隙增寬，導致帶隙不連續性增大，特別是在p-a-Si:H/c-Si界面價帶帶階ΔE_V的增大會影響空穴載流子收集的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于鈍化晶體硅表面的摻氧非晶硅鍺薄膜的制備方法，所述制備方法包括步驟：

提供一晶體硅襯底，于所述晶體硅襯底表面沉積摻氧非晶硅鍺薄膜。

作為本發明的用于鈍化晶體硅表面的摻氧非晶硅鍺薄膜的制備方法的一種優選方案，采用化學氣相沉積工藝于所述晶體硅襯底表面沉積摻氧非晶硅鍺薄膜。

進一步地，所述化學氣相沉積工藝包括等離子體化學氣相沉積工藝及熱絲化學氣相沉積工藝。

作為本發明的用于鈍化晶體硅表面的摻氧非晶硅鍺薄膜的制備方法的一種優選方案，所述化學氣相沉積工藝采用的反應氣體包括鍺源氣體、硅源氣體、氧源氣體及稀釋氣體。

進一步地，所述鍺源氣體包括GeH₄、GeF₄及GeH₃CH₃的一種或組合，所述硅源氣體包括SiH₄、Si₂H₆、SiHC_l3及SiH₃CH₃的一種或組合，所述氧源氣體包括CO₂及N₂O的一種或組合、所述稀釋氣體包括H₂、N₂、Ar及He的一種或組合。

作為本發明的用于鈍化晶體硅表面的摻氧非晶硅鍺薄膜的制備方法的一種優選方案，包括步驟：

1)提供一晶體硅襯底，將所述晶體硅襯底置于反應室中，并使所述反應室具有預設的本底真空度；

2)向所述反應室中通入鍺源氣體、硅源氣體、氧源氣體及稀釋氣體，采用化學氣相沉積法于所述晶體硅襯底表面形成摻氧非晶硅鍺薄膜，其中：

所述化學氣相沉積法采用的晶體硅襯底的表面溫度為100～400℃；反應氣體壓強為20～1000Pa；采用的等離子體輝光功率密度為0.01～0.5W/cm²，或采用的熱絲溫度為300～2000℃；反應氣體流量中氧濃度為1％～20％；反應氣體流量中鍺濃度為1％～20％；反應氣體流量中鍺氧濃度為1％～40％；反應氣體流量中硅鍺氧濃度為1％～50％。

本發明還提供一種異質結晶體硅太陽電池的制備方法，包括步驟：