[發明專利]一種單晶硅鈍化接觸結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202011229632.7
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112349792B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 黃仕華;康橋;丁月珂;李林華
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/18;H01L21/02
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

本發明公開了一種單晶硅鈍化接觸結構及其制備方法，包括單晶硅片，單晶硅片的正反面均交替沉積有n層HfO_x和HfN_y，n＝5?20；每一層HfO_x或HfN_y的厚度為3nm，其中最接近單晶硅片的為第1層，即HfO_x1和HfN_y1，最遠離單晶硅片的為第n層，即HfO_xn和HfN_yn；其中：2.0x₁x₂…x₉xn1.0，1.33y₁y₂…y₉yn0.67。本發明采用反應磁控濺射方法沉積組分漸變的HfO_x/HfN_y多層薄膜，對單晶硅實現全表面鈍化和選擇性接觸，可以克服上述提到的隧穿氧化層鈍化接觸技術的缺陷，并具有不使用危險氣體(硅烷、磷烷或硼烷)、沉積速度快、成本低等優點。

技術領域

本發明屬于晶體硅太陽能電池領域，涉及一種組分漸變氧化鉿/氮化鉿多層薄膜的單晶硅鈍化接觸結構，以及其制備方法。

背景技術

隨著單晶硅片的少子壽命大幅提高和厚度不斷減少，如何減少硅片表面的載流子復合是進一步提高晶體硅太陽能電池效率的關鍵。表面鈍化可以分為化學鈍化和場效應鈍化兩類，其中化學鈍化是通常使用介質薄膜與硅表面的懸掛鍵(未配位的硅原子)結合來實現減少界面處缺陷密度的作用。場效應鈍化是通過向界面下摻雜或是在界面處形成固定電荷獲得內建電場，屏蔽硅片界面處的電子或空穴濃度，減少硅片界面處的少數載流子(少子)濃度，降低界面的載流子復合，最終實現表面鈍化的作用。

目前晶體硅太陽能電池的表面鈍化通常采用氧化硅、氮化硅、氧化鋁等半導體介質薄膜，其鈍化工藝發展非常成熟。熱生長的二氧化硅薄膜(SiO₂)可以用作任意摻雜水平的n型和p型單晶硅的表面鈍化層，并通過退火可以顯著提高其鈍化性能。氫化非晶氮化硅(a-SiN_x:H)為p型晶體硅的重摻雜n型發射極提供了良好的前表面鈍化，同時也起到了電池前表面的抗反射作用。氧化鋁(AlO_x)在退火后具有較高的負固定電荷密度，該固定電荷將電子從界面中屏蔽出來，引起有效的場效應鈍化，對p型和n型晶體硅均具有良好的表面鈍化作用。然而這些氧化硅、氮化硅、氧化鋁等表面鈍化層都是絕緣材料，導電性能很差，通常需要對對這些鈍化層進行開孔，然后再制備金屬電極以完成光生載流子的電學輸運，這個局部的金屬與硅的接觸將成為復合損失的來源。

為了減少晶體硅表面的復合和避免金屬電極與晶體硅的直接接觸，在金屬與硅片之間插入超薄氧化硅作為隧穿層和重摻雜的微晶硅作為載流子收集層，從而實現硅片的全表面鈍化和選擇性接觸，這就是目前光伏行業非常熱門的隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)技術。由于作為隧穿層的二氧化硅通常只有1.0～2.0nm，多晶硅中重摻雜的雜質在晶體硅電池的后續退火工藝中會擴散進入二氧化硅，導致二氧化硅對晶體硅的鈍化效果變差。因此，尋找更合適的全表面鈍化和選擇性接觸技術，既能對晶體硅具有優異的鈍化性能，同時有具有良好的電學接觸功能，對進一步提高晶體硅太陽能電池的效率非常重要。

氧化鉿(HfO_x)是一種寬禁帶和高介電常數的材料，對晶體硅表面具有良好的鈍化性能，而且通過調控氧化鉿中氧空位的濃度可以改變其電學性能。通過調控氮化鉿(HfN_y)中氮的組分，其導電性能可以從絕緣性轉變到金屬性。在退火的過程中，氮化鉿/氧化鉿疊層與晶體硅界面之間會形成一層超薄的氧化硅，進一步增強了對硅表面的鈍化效果。

發明內容

本發明的目的是通過調控氧化鉿中氧空位的濃度，以及調控氮化鉿(HfN_y)中氮的組分比例，提供一種組分漸變氧化鉿/氮化鉿多層薄膜的單晶硅鈍化接觸結構。

本發明的另一目的是提供上述結構的制備方法。