[發明專利]TOPCon電池中氧化硅和摻雜非晶硅膜層的制備方法

有效

• 申請號: 202011302874.4
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112420881B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 丁建寧;李云鵬;李綠洲;葉楓;王書博;劉玉巧;袁寧一;上官泉元
• 申請（專利權）人: 常州大學;江蘇大學
• 主分類號: H01L31/20
• 分類號: H01L31/20;H01L31/0216
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王敏

本發明涉及一種TOPCon電池中氧化硅和摻雜非晶硅膜層的制備方法，操作步驟，（1）將背刻蝕清洗后的硅片放到載板上進行預熱，（2）通入SiH₄和N₂O或O₂作為反應氣體，利用交流射頻電源產生等離子體，SiH₄和N₂O反應進行氧化硅薄膜沉積；（3）通入氮氣和氫氣，并在等離子體激發條件下進行氫化處理；（4）氧化硅薄膜經過氫化處理之后，通入硅烷，在等離子體作用下進行本征非晶硅的沉積；（5）沉積完之后，通入硅烷和磷烷進行原位摻雜非晶硅的沉積，使得從內層到外層每層摻雜非晶硅的磷濃度逐漸降低，直到沉積完成最終所需的非晶硅膜層厚度。采用這種方式達到所需摻雜濃度同時避免了磷原子或硼原子穿透氧化層造成的硅基過度摻雜。

技術領域

本發明涉及TOPCon電池中使用的氧化硅+磷摻雜非晶硅膜層的制備方法，尤其涉及基于PECVD技術制備TOPCon電池中高質量氧化硅和摻雜非晶硅膜層的方法。

背景技術

采用鈍化接觸電池結構相比較于常規的N型PERT、PERL電池，最大的優勢在于背面SiO_x/poly-Si結構避免了金屬與硅基的直接接觸，因此有效的降低了金屬下的復合速率，提升了電池的開路電壓；同時SiOx/poly-Si結構本身具有很好的鈍化效果，在減少金屬區鈍化的同時也減少了鈍化區的載流子復合，可謂一舉兩得。目前基于PECVD技術制備TOPCon電池中高質量氧化硅和摻雜非晶硅膜層存在兩個急需解決的問題：

首先，制備TOPCon電池的工藝存在以下難點：1.隧穿氧化層，SiOx的生長質量對硅界面懸掛鍵的鈍化非常重要，同時對隧穿氧化層厚度均勻性的要求很高，通常＞2nm的氧化層就不能使電子有效的隧穿。2.多晶硅生長，現有的多晶硅生長包括PECVD、LPCVD、PVD等，然后經過退火晶化成為多晶硅，但是多晶硅要求鈍化質量好、缺陷少、晶化率高、均勻性好，對于要求高產能的光伏行業來說保證大產能的同時，保證poly-Si的均勻性和穩定性依然很難實現。3.摻雜非晶硅，poly的摻雜可以在poly沉積的同時實現原位摻雜，也可以在非晶硅沉積完成后進行擴散摻雜，但是需要求Poly-Si摻雜濃度達到一定量級保證場效應和金屬化接觸（一般＞2-4E20cm^-3），同時穿透氧化層到達硅基的濃度需要嚴格控制，以減少硅表面的俄歇復合。總體來說，目前制備TOPCon電池的工藝要求非常高，工藝參數控制需要非常嚴格。

其次，制備接觸鈍化結構（SiOx/doped-poly）存在如下的問題：常規的接觸鈍化結構（SiOx/doped-poly）制作流程大概為：熱生長氧化硅層（退火爐）-生長多晶硅層（LPCVD設備）-多晶硅摻雜（擴散爐），通常需要三臺設備并且多晶硅在電池的另一面繞鍍需要專門的清洗設備去除，工藝復雜。另一種制備接觸鈍化結構的方法是基于PECVD設備，這種方法工藝時間短、可以實現原位摻雜、無繞鍍；常規技術方案首先通過PECVD進行氧化硅的生長，然后沉積摻雜非晶硅，最后進行退火晶化。這種方法的局限之處在于：1.PECVD生長的氧化硅鈍化質量較差，對硅片表面的懸掛鍵鈍化不徹底，導致電子空穴復合電流密度的增加；2.非晶硅摻雜濃度在整個工藝流程中窗口低，若摻雜量高，在后續的退火晶化過程中容易穿透氧化硅層進入硅基引起復合的增加，摻雜濃度低又會導致接觸電阻率較大，不利于外電路電子的導出，因此摻雜原子很難在多晶硅中保持較高的濃度而不摻雜硅基體中。

另外，針對工業化生產，晶體硅電池的極限效率在29%左右，目前TOPCon電池的量產世界紀錄效率在24.48%。在電池效率接近理論極限的情況下效率的提升是非常困難的，僅0.01%的效率提升已經變得非常困難并且具有良好的產業化價值。

有鑒于上述現有的氧化硅和摻雜非晶硅膜層制備方法存在的缺陷，本發明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業知識，并配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種TOPCon電池中氧化硅和摻雜非晶硅膜層的制備方法，提高生長更高鈍化質量的氧化硅+磷摻雜非晶硅膜層，使其更具有實用性。

發明內容