制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池

技术领域

本申请涉及太阳电池领域，具体而言，涉及一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池。

背景技术

N型隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts TOPCon)电池，是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触技术的太阳能电池。行业内多晶硅薄膜沉积的主要技术路线是采用低压化学气相沉积法(Low pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)沉积隧穿氧化层和非晶硅薄膜，然后采用离子注入或磷扩散的方式对薄膜进行掺杂形成磷掺杂的多晶硅(poly-si)。

近些年基于管式PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)沉积技术的TOPCon电池制备工艺和镀膜设备开始出现，相比于LPCVD技术，PECVD沉积poly-si和氧化硅(SiOx)绕镀更小，有利于外观和良率的控制，且能够同时将TOPCon电池背面隧穿氧化层薄膜、本征非晶硅薄膜、磷掺杂的非晶硅薄膜及背面氧化硅掩膜层的沉积四步工序合在一台机器的一根管完成，精简了工序步骤，设备利用率高，具有更高的量产优势。

但是管式PECVD沉积非晶硅薄膜时易出现的爆膜问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池，其旨在改善现有的非晶硅薄膜易出现的爆膜的问题。

本申请提供一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法，包括：使用PECVD设备，在沉积温度为440℃～460℃下依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜；

其中，沉积本征非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm～2500sccm；

沉积掺杂非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm～2500sccm。

将沉积温度设定为440℃～460℃，薄膜较为致密，在后续退火过程中，氢原子有较好的释放，极大程度地改善了爆膜的问题。在沉积本征非晶硅薄膜、掺杂非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm～2500sccm；可以降低薄膜的生长速度，让更多的氢原子从薄膜中溢出，避免氢原子储存于薄膜内部，有效改善后期退火过程中氢原子聚集形成氢气而发生爆膜现象。

在本申请的一些实施例中，沉积本征非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)；

沉积掺杂非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)。

在本申请的一些实施例中，沉积隧穿氧化层时，N

在本申请的一些实施例中，沉积掺杂非晶硅薄膜之后还包括：

在氮气或氧气气氛下，温度600℃～1000℃下，退火20-60分钟。

在本申请的一些实施例中，沉积隧穿氧化层之前，还包括对PECVD的炉管进行抽真空和检漏处理。

在本申请的一些实施例中，所述掺杂非晶硅薄膜为掺磷非晶硅薄膜，沉积所述掺磷非晶硅薄膜时，磷烷的流量为2000sccm～2500sccm，氢气的流量为5000sccm～5500sccm。

在本申请的一些实施例中，所述掺杂非晶硅薄膜为掺氮非晶硅薄膜，沉积所述掺氮非晶硅薄膜时，甲烷的流量为450-500sccm，氮气流量为1500-2000sccm。

本申请还提供一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法，包括：

使用PECVD设备，在沉积温度为440℃～460℃下依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜；

其中，沉积本征非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)；

沉积掺杂非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)。

本申请还提供一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法，包括：

使用PECVD设备依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜；

其中，沉积本征非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm-2500sccm；等离子体脉冲占空比为20:(500～600)；

沉积掺杂非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm-2500sccm；等离子体脉冲占空比为20:(500～600)。

本申请还提供一种TOPCon电池，TOPCon电池的隧穿氧化层和非晶硅薄膜通过上述的制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法制得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了实施例1提供的显微镜下的TOPCon电池的钝化接触结构的外观图。

图2示出了对比例1提供的显微镜下的TOPCon电池的钝化接触结构的外观图。

图3示出了对比例2提供的显微镜下的TOPCon电池的钝化接触结构的外观图。

图4示出了对比例3提供的显微镜下的TOPCon电池的钝化接触结构的外观图。

图5示出了对比例4提供的显微镜下的TOPCon电池的钝化接触结构的外观图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

TOPCon电池的背面具有隧穿氧化层钝化接触结构，隧穿氧化层钝化接触结构由一层隧穿氧化层和一层掺杂多晶硅层组成，可以显著降低金属接触区域的复合，同时兼具良好的接触性能，能够极大地提升太阳能电池的效率。钝化层中的掺杂多晶硅与基底Si界面间的氧化硅通过化学钝化降低基底Si与多晶硅之间的界面态密度，多数载流子通过隧穿原理通过氧化层实现输运，少数载流子则由于势垒以及多晶硅场效应的存在难以隧穿通过该氧化层。在重掺多晶硅中，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。

隧穿氧化层钝化接触结构在制备过程中，主要是采用低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积隧穿氧化层和非晶硅薄膜，然后采用离子注入或磷扩散的方式对薄膜进行掺杂形成磷掺杂的多晶硅(poly-si)。

对于离子注入技术，电池需要经过湿法清洗离子注入引入的金属杂质，后再经过退火激活poly-Si薄膜中的磷原子，同时修复离子注入引起的损伤。而磷扩散掺杂技术，由于扩散过程中存在绕扩和LPCVD沉积时的poly-Si薄膜绕度，会导致电池外观发白和电致发光(EL)测试发黑，极大地影响了良率，工艺复杂且窗口较窄。近年，基于管式PECVD沉积技术的开始兴起，PECVD沉积poly-si和氧化硅(SiOx)绕镀更小，有利于外观和良率的控制。

TOPCon电池背面使用管式PECVD在沉积完非晶硅后表面经常会出现严重的爆膜现象，爆膜区域会形成复合中心，导致该区域的钝化性能较差，从而降低TOPCon电池的开路电压，影响电池的光电转换效率。

发明人发现，PECVD制备的非晶硅薄膜出现爆膜现象的机理是由于非晶硅层中有较多的氢原子，在由非晶硅转化为多晶硅的高温退火过程中，氢原子会形成氢气释放而无法溢出薄膜外，导致爆膜现象的发生。

本申请提供一种基于PECVD的制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池。其旨在改善沉积非晶硅薄膜时易出现的爆膜问题。

下面对本申请实施例的制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池进行具体说明。

一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法，主要包括：使用PECVD设备，在沉积温度为440℃～460℃下依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜。

在制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜之前，先对PECVD设备的炉管进行抽真空和检漏处理；然后升温至沉积隧穿氧化层的沉积温度。

在本申请中，沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜的沉积温度为440℃～460℃，例如，沉积温度可以为440℃、442℃、445℃、450℃、453℃、456℃、458℃、460℃等等。

将沉积温度设定为440℃～460℃，在沉积过程中，温度相对较高，薄膜较为致密，在后续退火过程中，氢原子有较好的释放，极大程度地改善了爆膜的问题。

升温至沉积温度后，通入笑气(N

沉积完隧穿氧化层后，通入硅烷(SiH

在本申请中，沉积本征非晶硅薄膜过程中，硅烷流量为2000sccm～2500sccm；可以降低本征非晶硅的生长速度，让更多的氢原子从薄膜中溢出，避免氢原子储存于薄膜内部，有效改善后期退火过程中氢原子聚集形成氢气而发生爆膜现象。

在一些实施例中，沉积本征非晶硅薄膜过程中，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)，例如可以为20:500、20：510、20：520、20：530、20：540、20：550、20：560、20：570、20：580、20：590、20：600等等。

调整等离子体脉冲占空比为20:(500～600)，可以降低本征非晶硅薄膜的生长速度，同样也可以改善后期退火过程中氢原子聚集形成氢气而发生爆膜现象。

沉积完本征非晶硅薄膜后，沉积掺杂非晶硅薄膜。掺杂非晶硅薄膜可以为掺磷非晶硅薄膜或者掺氮非晶硅薄膜；可以根据具体需求进行选择。

例如，沉积掺磷非晶硅薄膜，主要包括以下步骤：通入硅烷(SiH

在沉积掺杂非晶硅薄膜的过程中，对于硅烷流量为2000sccm～2500sccm的实施例而言，可以降低薄膜的生长速率，有利于氢原子溢出，降低退火过程中氢气的生成从而减少爆膜的发生。

在一些实施例中，沉积掺杂非晶硅薄膜的过程中，等离子体脉冲占空比例如可以为20:500、20：510、20：520、20：530、20：540、20：550、20：560、20：570、20：580、20：590、20：600等等。

调整沉积掺杂非晶硅薄膜过程中等离子体脉冲占空比为20:(500～600)，可以改善后期退火过程中氢原子聚集形成氢气而发生爆膜现象。

例如，沉积掺氮非晶硅薄膜，主要包括以下步骤：通入硅烷(SiH

例如，沉积掺氮非晶硅薄膜过程中，硅烷流量可以为2000sccm、2100sccm、2200sccm、2300sccm、2400sccm、2500sccm等等。甲烷的流量可以为450sccm、460sccm、480sccm、490sccm、500sccm等等，氮气流量可以为1500sccm、1600sccm、1700sccm、1800sccm、1900sccm、2000sccm等等。例如等离子体脉冲占空比可以为20:500、20：510、20：520、20：530、20：540、20：550、20：560、20：570、20：580、20：590、20：600等等。

在沉积掺氮非晶硅薄膜过程中，调节硅烷流量为2000sccm～2500sccm，可以降低薄膜的生长速率，有利于氢原子溢出，降低退火过程中氢气的生成从而减少爆膜的发生。调节等离子体脉冲占空比为20:(500～600)，可以改善后期退火过程中氢原子聚集形成氢气而发生爆膜现象。

沉积完掺杂非晶硅薄膜后进行退火，在本申请的实施例中，退火气体氛围为氮气(N

对于退火气氛为氧气的实施例而言，氧气可以氧化非晶硅生产掩膜氧化硅。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，退火过程中的参数可选用其他数据；不限于上述退火温度和退火时间。

本申请实施例提供的制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法至少具有以下优点：

基于PECVD设备制备膜，通过调节沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜过程中的硅烷流量，可以避免在后续退火过程中薄膜中的氢原子聚集为氢气，可以有效改善爆膜的现象。

在一些实施例中，通过调节调节沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜过程中等离子体脉冲占空比为20:(500～600)；可以降低薄膜的生长速率，进而改善爆膜现象。

本申请还提供一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法，包括：

使用PECVD设备依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜；其中，沉积隧穿氧化层的沉积温度为440℃-460℃；沉积本征非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)。沉积掺杂非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)。在该方法中，硅烷流量可以为2000-3000sccm。

本申请还提供一种制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法，包括：使用PECVD设备依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜以及沉积掺杂非晶硅薄膜；其中，沉积本征非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm-2500sccm；等离子体脉冲占空比为20:(500～600)；沉积掺杂非晶硅薄膜时，硅烷流量为2000sccm-2500sccm；等离子体脉冲占空比为20:(500～600)。在该方法中，沉积隧穿氧化层的沉积温度可以为400-460℃。

相应地，在沉积温度为440℃-460℃下沉积隧穿氧化层，有利于形成致密的薄膜，在后续退火过程中，氢原子有较好的释放，极大程度地改善了爆膜的问题。在沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜时，等离子体脉冲占空比为20:(500～600)，可以降低本征非晶硅薄膜的生长速度，同样也可以改善后期退火过程中氢原子聚集形成氢气而发生爆膜现象。

本申请还提供一种TOPCon电池，TOPCon电池的隧穿氧化层和非晶硅薄膜通过上述的制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法制得。

基于本申请的制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法得到的结构有效改善了爆膜问题，因此，对应的TOPCon电池的爆膜问题也得到相应的改善；可以有效提高其电学性能。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1、对比例1-对比例4的实施例而言，在制备TOPCon电池的钝化接触结构之前均通过以下工艺进行制绒、硼扩和碱抛。

具体地，(1)制绒：采用N型硅片，采用1wt％的碱液进行制绒和采用双氧水和碱进行清洗硅片；

(2)硼扩：进入硼扩散炉，利用BCl

(3)碱抛：采用链式HF机去除背面硼扩绕度的BSG，再通过机械手转入槽式碱抛机，去除背面和边缘p-n结。

实施例1

本实施例提供一种TOPCon电池的钝化接触结构的制备方法，主要包括以下步骤：

1)对PECVD的炉管进行抽真空和检漏处理，将硅片至于PECVD的炉管内，随后升温到440℃。

2)沉积隧穿SiO

3)沉积本征非晶硅薄膜：通入SiH

4)沉积掺磷非晶硅薄膜：通入硅烷SiH

5)退火：在N

图1示出了显微镜下的TOPCon电池的钝化接触结构的外观图。

对比例1

本对比例提供一种TOPCon电池的钝化接触结构的制备方法，主要包括以下步骤：

1)对PECVD的炉管进行抽真空和检漏处理，将硅片至于PECVD的炉管内，随后升温到440℃。

2)沉积隧穿SiO

3)沉积本征非晶硅薄膜：通入一定量的硅烷(SiH

4)沉积掺磷非晶硅薄膜：通入一定量的硅烷(SiH

5)退火：在N

图2示出了显微镜下的退火后硅片电池的外观图。

对比例2

本对比例提供一种TOPCon电池的钝化接触结构的制备方法，请参阅实施例1，对比例2与对比例1的区别在于，步骤4)和步骤5)中等离子体脉冲占空比均为20:600。

步骤4)中沉积本征非晶硅的时间增为9min36s，步骤5)中沉积掺磷非晶硅时间为30min。

图3示出了显微镜下的退火后硅片电池的外观图。

对比例3

本对比例提供一种TOPCon电池的钝化接触结构的制备方法，请参阅实施例1，对比例3与实施例1的区别在于，步骤2)中将硅片至于PECVD的炉管内，随后升温到460℃。

图4示出了显微镜下的退火后硅片电池的外观图。

对比例4

本实施例提供一种TOPCon电池的钝化接触结构的制备方法，请参阅实施例1，对比例4与实施例1的区别在于，步骤4)和步骤5)中SiH

图5示出了显微镜下的退火后硅片电池的外观图。

从实施例1、对比例1-对比例4、图1-图5可以看出：在制备TOPCon电池的钝化接触结构的过程中，相比于对比例1，对比例1-对比例4单一调节沉积隧穿氧化层的沉积温度为460℃、单一调节沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜SiH

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。