一种硅表面钝化层的制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种硅表面钝化层的制备方法。

(二)背景技术

PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)，即发射极和背面钝化电池技术，最早在1983年由澳大利亚科学家Martin Green提出，目前正在成为太阳电池新一代的常规技术。PERC近年来效率记录不断被刷新，PERC技术通过在电池的背光面制备一个钝化层来提高转换效率。标准电池结构中更高的效率水平受限于光生载流子复合的趋势。

TOPCon电池的概念由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)于2013年提出，TOPCon正面与常规N型太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触，硅片背面由一层超薄氧化硅(1～2nm)与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成。在850℃的退火温度下退火，iVoc>710mV，J0在9-13fA/cm

以上两种先进太阳能电池技术均对硅片表面钝化水平有较高的要求，实现更高转换效率的基础即为硅表面的钝化技术。

现有技术主要是制备SiO

(三)发明内容

本发明目的是提供一种硅表面钝化层的制备方法，以钝化硅表面的悬挂键等缺陷，降低载流子在缺陷处复合的几率，达到提升少数载流子寿命的目的。进一步应用于硅太阳能电池中，提升相应光电转化效率。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种硅表面钝化层的制备方法，所述方法为：(1)将硅片清洗除杂后，浸入体积浓度10％HF水溶液中，去除硅片表面因H

进一步，步骤(1)所述硅片选用双面抛光区熔硅片，电阻率1-5欧姆厘米，厚度280μm，但不限于以上规格。

进一步，步骤(1)所述硅片清洗除杂的步骤为：1)将硅片浸入体积比3:1的H

2)将步骤1)清洗后的硅片浸入体积比1:1:5的NH

3)将步骤2)清洗后的硅片浸入体积比为1:1:5的HCl、H

进一步，步骤(1)N

进一步，步骤(2)干燥后的硅片在体积浓度10-50％HF水溶液中，室温(25-30℃)浸入3分钟，过程中应通入N

进一步，步骤(3)TiCl

进一步，步骤(3)TiOx膜层厚度由上一步循环的数量决定，1个循环能够生成的膜层厚度约为0.15nm。

与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：

(1)制备方法不必用到毒性试剂，环境友好；

(2)传统TiOx膜层钝化方法中，必须用到高温退火，以激活TiOx的钝化效果，但本发明制备方法中无高温过程，降低了高温产生硅本体晶格变动的可能，并且能耗低，有效降低了制备成本，易于产业化推广。

(3)本发明使用硅片表面处理工艺，并提出了硅表面F基化作为TiOx钝化膜层的生长基质方法，并通过原子层沉积工艺，制备了TiOx钝化膜层，在膜层沉积过程中，加入了成核步骤，兼具ALD快速模式以及停留模式的优点，实现了高少数载流子寿命的硅表面钝化，避免了传统钝化膜制备中的高温工艺，传统方法制备TiOx钝化膜的硅片少子寿命退火前约100-200μs，退火后可达到0.8-1.2ms。采用本方法制备的TiOx钝化硅片少子寿命可直接达到1.5-1.8ms，较目前已报道的经退火TiOx钝化膜的少子寿命提升约30％。

(四)附图说明

图1为TiOx膜层钝化硅片示意图，A为TiOx钝化膜层、B为F基化硅表面、C为硅片。

图2为TiOx膜层反应时序图。

图3为不同F基化时间下的载流子浓度与少数载流子寿命关系曲线。

图4为不同制备温度下的载流子浓度与少数载流子寿命关系曲线。

图5为不同循环次数下的载流子浓度与少数载流子寿命关系曲线。

图6为不同HF浓度下的载流子浓度与少数载流子寿命关系曲线。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

本申请实施例去离子水的电阻率应大于18.2MΩ。本发明实施例所用H

实施例1、硅表面钝化层的制备

1、清洗

(1)将原料硅片(双面抛光区熔硅片，电阻率1-5欧姆厘米，厚度280μm，φ2英寸)浸入体积比3:1的H

(2)将步骤(1)清洗后的硅片浸入体积比1:1:5的NH

(3)将步骤(2)清洗后的硅片浸入体积比为1:1:5的HCl、H

(4)将步骤(3)清洗后的硅片浸入质量浓度10％HF水溶液中，室温浸入3分钟，过程中应通入N

2、F基化处理影响因素

(1)时间

将步骤(4)干燥后的硅片浸入体积浓度50％HF水溶液中，分别室温浸泡1-8小时(具体为1、3、5、8小时)进行表面基团处理，取出硅片，获得F基化的硅片。放入原子层沉积设备(科民TALD)，在60℃下，轮流通入50sccm TiCl

(2)HF水溶液浓度

将步骤(1)中HF水溶液改为10-50％(具体为10％、20％、30％、50％)，浸泡时间为5小时，其他操作相同，结果见图6，在浓度为50％的HF溶液，得到最高的寿命，所以采用50％的浓度作为基础工艺。

3、TiOx薄膜层制备影响因素

(1)温度

将步骤2中50％HF水溶液中浸泡5小时的F基团化的硅片放入原子层沉积设备，分别在60-180℃(60、80、120、150、180℃)下，轮流通入50sccm TiCl

结果见图4，不同制备温度下的载流子浓度与少数载流子寿命关系曲线，在载流子浓度为1*10

(2)循环次数

将步骤(1)温度改为60℃，循环次数分别改为10、30、50、80、100次，其他操作相同，1个循环能够生成的膜层厚度约为0.15nm，结果见图5。