CN103137714A - 一种太阳能电池三层复合钝化减反层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池三层复合钝化减反层，其特征在于，在硅太阳能电池基底上用原子层沉积方法制备一种三层复合钝化减反层，三层复合钝化减反层的结构从基底自下而上，分别为二氧化钛（TiO2）层、二氧化钛/二氧化硅（TiO2/SiO2）层、二氧化硅（SiO2）层。本发明还涉及一种太阳能电池三层复合钝化减反层的制备方法。本发明能够同时起到减反与钝化的作用，一方面降低了太阳能电池表面的反射率，另一方面也能减少载流子复合，提高电池性能，同时通过过渡层的引入，能够进一步提高减反、钝化作用。
Description
发明领域
本发明涉及半导体技术领域，具体是涉及一种硅太阳能电池三层钝化减反层及其制备方法。
背景技术
目前，太阳能光伏产业发展如火如荼，而制造高效率、低成本的硅太阳电池是光伏产业领域的主要研究热点。硅太阳能电池中少数载流子的复合导致了光生载流子的损失，从而引起了电池效率的大幅降低，因而低的载流子表面复合是达到高效率的先决条件之一。为降低表面载流子复合，表面钝化处理都是必不可少的。对硅太阳电池的表面进行较好的钝化，可以去掉悬挂键和降低表面态，这是降低表面复合的一种重要方法。同时，减反膜对于提升太阳能电池的效率也具有非常重要的作用，因为它直接决定了太阳能电池能吸收多少太阳光。传统的硅太阳电池的表面钝化膜及其制备方法包括有传统热氧化法(CTO)、快速热氧化法(RTO)制备SiO2钝化膜，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SiNx和SiO2/SiNx堆叠钝化膜等。同时，上述方法制备的钝化膜因为折射率介于玻璃与硅片之间，因此也具有一定的减反效果。例如SiNx即常用作减反膜。但是，一般情况下，单层的薄膜很难达到理想的减反效果，因此可采用折射率渐变的双层甚至更多层数的减反膜。
发明内容
为达到钝化和减反的双重目的，本发明提供一种利用原子层沉积（ALD）方法制备的三层减反钝化膜，一方面能够对硅表面进行有效的钝化，同时具有良好的减反性能，能够有效提高太阳能电池的光电转换效率，并且制备方法简单、可控。
本发明提出的一种利用ALD方法制备的三层减反钝化膜，具体是指利用ALD制备TiO2层，然后利用ALD制备TiO2 /SiO2复合层，再利用ALD制备SiO2复合层。
本发明利用的ALD方法，将常规的CVD薄膜沉积分解成单原子沉积步骤，ALD的薄膜生长通过一层接一层的方式形成，因而在薄膜的均匀性、厚度控制、致密性等方面都具有明显的优势，薄膜制备温度也相对较低，对少子寿命影响较小，能耗较低；同时具备制备工艺重复性好、可精确掺杂等优点，因此非常适合于多层薄膜的设计与制备。此外，由于薄膜具有良好的致密性，因此钝化效果非常明显。
根据上述构思，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能电池三层复合钝化减反层，其特征在于，在硅太阳能电池基底上用原子层沉积方法制备一种三层复合钝化减反层，三层复合钝化减反层的结构从基底自下而上，分别为二氧化钛（TiO2）层、二氧化钛/二氧化硅（TiO2 /SiO2）层、二氧化硅（SiO2） 层。
所述三层复合钝化减反层厚度为75～120nm ，二氧化钛层厚度为30～50nm，二氧化钛/二氧化硅层厚度为10～20nm，二氧化硅层厚度为40～60nm。。
一种太阳能电池三层复合钝化减反层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将太阳能电池硅片衬底预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室工作气压调至500Pa～1500Pa，优选工作气压1000Pa；
（2）将反应室温度加热至200℃～400℃，优选200℃～250℃，利用水和四氯化钛（TiCl4）为前驱源，沉积二氧化钛层；
（3）将反应室温度加热至200℃～400℃，优选250℃～300℃，利用四氯化钛为钛前驱源，利用四氯化硅（SiCl4），或六氯二硅烷（Si2Cl6）为硅前驱源，利用水为反应气体制备二氧化钛/二氧化硅复合层；
（4）将反应室温度加热至200℃～400℃，优选300℃～350℃，利用四氯化硅或六氯二硅烷为S硅前驱源，利用水为反应气体，沉积二氧化硅层。
本发明利用ALD方法制备三层减反钝化膜，具有以下优点：通过三层复合结构的设计，使制备的减反钝化膜具备良好的双重功能，特别是由于中间的复合层的设计，改善了界面结构，使得整个减反钝化膜的结合力进一步增强、应力减小。同时三层结构的折射率逐渐增大，SiO2 层、TiO2 /SiO2层、TiO2层，折射率分别为1.4～1.6、1.8～1.9、2.1～2.3之间，相对于SiO2和TiO2双层结构，对光路有了进一步的优化，在减反性能方面能够大幅提升。此外，利用ALD技术，使得薄膜的制备温度较低、厚度精确可控、可适应复杂形貌基底、薄膜结构致密，极大的降低了能量消耗，特别有益于表面织构的太阳能电池表面的钝化薄膜的制备，同时能够避免一般方法所产生的气孔等缺陷，大大提升了钝化效果，并且具有高度的可重复性、可控制性，适合于规模化生产。
具体实施方式
下面将参照上述步骤，通过优选实施例更加充分描述本发明的实质性特点，但本发明不仅限于实施例。
实施例1：
将太阳能电池硅片衬底进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至500Pa，将反应室温度加热至200℃，利用H2O和TiCl4为前驱源，通过控制前驱源的循环次数控制TiO2层厚度为30nm；利用H2O和TiCl4、SiCl4为前驱源，保持工作气压为500Pa，将温度提高至250℃，交替沉积TiO2和SiO2单原子层，制备TiO2 /SiO2复合层，TiO2原子层数与SiO2原子层数保持1：1，通过控制前驱源的循环次数调节TiO2 /SiO2层厚度为5nm；利用H2O和SiCl4为前驱源，保持工作气压为500Pa，将温度提高至300℃，制备SiO2层，通过控制前驱源的循环次数控制SiO2层厚度为40nm。
对比例1：
将太阳能电池硅片衬底进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至1000Pa，将反应室温度加热至200℃，利用H2O和TiCl4为前驱源，通过控制前驱源的循环次数控制TiO2层厚度为30nm；将反应室温度加热至300℃，利用H2O和SiCl4为前驱源制备SiO2层，通过控制前驱源的循环次数控制SiO2层厚度为50nm。
利用D8积分反射仪测试复合薄膜的光反射率，在300～1000nm之间，实施例1的反射率比对比例1的反射率减少了21%。利用少子寿命测量仪，测试实施例1和对比例1的少子寿命分别为20μS和27μS。
实施例2：
将太阳能电池硅片衬底进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至1000Pa，将反应室温度加热至200℃，利用H2O和TiCl4为前驱源，通过控制前驱源的循环次数控制TiO2层厚度为40nm；利用H2O和TiCl4、SiCl4为前驱源，保持工作气压为1000Pa，将温度提高至250 ℃，交替沉积TiO2和SiO2单原子层，制备TiO2 /SiO2复合层，TiO2原子层数与SiO2原子层数保持1：1，通过控制前驱源的循环次数调节TiO2 /SiO2层厚度为8nm；利用H2O和SiCl4为前驱源，保持工作气压为1000Pa，将温度提高至300 ℃，制备SiO2层，通过控制前驱源的循环次数控制SiO2层厚度为50nm。经测试，本实施例的反射率比对比例1减少了25%，少子寿命为38μS。
实施例3：
将太阳能电池硅片衬底进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至1500Pa，将反应室温度加热至250℃，利用H2O和TiCl4为前驱源，通过控制前驱源的循环次数控制TiO2层厚度为40nm；利用H2O和TiCl4、SiCl4为前驱源，保持工作气压为1500Pa，将温度保持在250℃，交替沉积TiO2和SiO2单原子层，制备TiO2 /SiO2复合层，TiO2原子层数与SiO2原子层数保持1：1，通过控制前驱源的循环次数调节TiO2 /SiO2层厚度为10nm；利用H2O和Si2Cl6为前驱源，保持工作气压为1500Pa，将温度提高至300 ℃，制备SiO2层，通过控制前驱源的循环次数控制SiO2层厚度为60nm。经测试，本实施例的反射率比对比例1减少了30%，少子寿命为38μS。
实施例4：
将太阳能电池硅片衬底进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至1000Pa，将反应室温度加热至400℃，利用H2O和TiCl4为前驱源，通过控制前驱源的循环次数控制TiO2层厚度为50nm；利用H2O和TiCl4、SiCl4为前驱源，保持工作气压为1000Pa，将温度保持在400 ℃，交替沉积TiO2和SiO2单原子层，制备TiO2 /SiO2复合层，TiO2原子层数与SiO2原子层数保持1：1，通过控制前驱源的循环次数调节TiO2 /SiO2层厚度为5nm；利用H2O和SiCl4为前驱源，保持工作气压为1000Pa，将温度保持在400℃，制备SiO2层，通过控制前驱源的循环次数控制SiO2层厚度为60nm。经测试，本实施例的反射率比对比例1减少了26%，少子寿命为35μS。
实施例5：
将太阳能电池硅片衬底进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至1000Pa，将反应室温度加热至200℃，利用H2O和TiCl4为前驱源，通过控制前驱源的循环次数控制TiO2层厚度为40nm；利用H2O和TiCl4、Si2Cl6为前驱源，保持工作气压为1000Pa，将温度加热至300℃，交替沉积TiO2和SiO2单原子层，制备TiO2 /SiO2复合层，TiO2原子层数与SiO2原子层数保持1：1，通过控制前驱源的循环次数调节TiO2 /SiO2层厚度为8nm；利用H2O和SiCl4为前驱源，保持工作气压为1000Pa，将温度加热至400 ℃，制备SiO2层，通过控制前驱源的循环次数控制SiO2层厚度为60nm。经测试，本实施例的反射率比对比例1减少了34%，少子寿命为42μS。
Claims (3)
1.一种太阳能电池三层复合钝化减反层，其特征在于，在硅太阳能电池基底上用原子层沉积方法制备一种三层复合钝化减反层，三层复合钝化减反层的结构从基底自下而上，分别为二氧化钛（TiO2）层、二氧化钛/二氧化硅（TiO2 /SiO2）层、二氧化硅（SiO2） 层。
2.根据权利要求1所述一种太阳能电池三层复合钝化减反层，其特征在于，所述三层复合钝化减反层厚度为75～120nm ，二氧化钛层厚度为30～50nm，二氧化钛/二氧化硅层厚度为10～20nm，二氧化硅层厚度为40～60nm。
3.根据权利要求1，或2所述一种太阳能电池三层复合钝化减反层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将太阳能电池硅片衬底预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室工作气压调至500Pa～1500Pa，优选工作气压1000Pa；
（2）将反应室温度加热至200℃～400℃，优选200℃～250℃，利用水和四氯化钛（TiCl4）为前驱源，沉积二氧化钛层；
（3）将反应室温度加热至200??C～400℃，优选250℃～300℃，利用四氯化钛为钛前驱源，利用四氯化硅（SiCl4），或六氯二硅烷（Si2Cl6）为硅前驱源，利用水为反应气体制备二氧化钛/二氧化硅复合层；
（4）将反应室温度加热至200℃～400℃，优选300℃～350℃，利用四氯化硅或六氯二硅烷为S硅前驱源，利用水为反应气体，沉积二氧化硅层。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20160921 Termination date: 20191201 |