CN113161448A - 晶体硅太阳能电池钝化层及其制备方法、电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其包括：(1)提供硅片，并对所述硅片进行预处理；(2)将预处理后的硅片湿法氧化，形成SiO₂层；(3)将所述SiO₂层进行氢化处理，即得到晶体硅太阳能电池钝化层成品。相应的，本发明还公开了一种晶体硅太阳能电池钝化层，本发明还公开了一种含有上述钝化层的晶体硅太阳能电池。实施本发明，可减少硅片表面的悬挂键，降低表面态密度，提升钝化层的钝化效果。同时，本发明中的制备方法能耗小，成本低，所需设备简单，适合大规模半导体生产工艺。

Description

晶体硅太阳能电池钝化层及其制备方法、电池

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池钝化层及其制备方法、电池。

背景技术

SiO₂膜层是一种在晶体硅太阳能电池常用的钝化薄膜，其热膨胀系数低，对硅片具有很好的附着力和相容性，也能起到较好的钝化作用。在现有成熟工艺中，一般采用热氧氧化工艺制备SiO₂膜层，即通过将硅片在氧气(或臭氧)环境中进行氧化，然后高温退火，以形成SiO₂膜层，然而这种工艺的成本较高，且需要高温退火，对产品良率的影响较大。

一种常见的改良工艺是通过湿法氧化形成SiO₂膜层，如通过水蒸气进行氧化或者通过含有强氧化介质的溶液对硅片进行氧化。又如专利CN103594557A提出了采用含有二氧化钛的溶液作为氧化介质，并通过紫外光照射，以使得氧化钛分解对硅片进行氧化。这些工艺所形成的氧化硅膜层的复合中心较多，钝化性能较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其可有效降低电极与钝化层接触间界面态密度，减少复合中心，提升钝化效果。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种晶体硅太阳能电池钝化层。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种晶体硅太阳能电池。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其包括：

(1)提供硅片，并对所述硅片进行预处理；

(2)将预处理后的硅片湿法氧化，形成SiO₂层；

(3)将所述SiO₂层进行氢化处理，即得到晶体硅太阳能电池钝化层成品。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，采用水蒸气、臭氧、氯气、次氯酸、氯酸、盐酸、双氧水、盐酸和/或硫酸将所述预处理后的硅片进行湿法氧化。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，将预处理后的硅片浸入40～100℃的水中，并在水中通入臭氧后处理100～300s，以形成SiO₂层。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，采用磁控溅射法对所述SiO₂层进行氢化处理；或

将所述SiO₂层浸入含有HF的溶液中，以对所述SiO₂层进行氢化处理。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)，将所述SiO₂层浸入含有HF的溶液中，对所述SiO₂层进行氢化处理；

其中，所述HF溶液的电导率为60～70mS/cm。

作为上述技术方案的改进，还包括：

(4)将氢化处理后的硅片在热水中处理；

其中，所述热水的温度≥90℃。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，所述SiO₂层的厚度为2～5nm；

步骤(3)中，所述HF溶液对所述SiO₂层的刻蚀量≤2nm。

相应的，本发明还公开了了一种晶体硅太阳能电池钝化层，其由上述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法制备而得。

相应的，本发明还公开了一种晶体硅太阳能电池，其包括上述的晶体硅太阳能电池钝化层。

作为上述技术方案的改进，所述晶体硅太阳能电池为PERC电池。

实施本发明，具有如下有益效果：

1.本发明采用湿法氧化制备SiO₂层，并在SiO₂层上进行氢化处理，通过氢化可降低硅片/金属电极接触间界面态密度，对晶格缺陷起到了修复作用，减少了复合中心，提升了钝化效果。

2.本发明通过在热水中通入臭氧对硅片进行氧化，进而通过HF溶液对硅片进行处理，以实现氢化附氢，最后通过热水清洗，可有效释放硅片表面和体内的悬挂键，提升SiO₂层的钝化效果。并且，上述工艺操作简单，成本低。

附图说明

图1是本发明一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，本发明提供一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其包括以下步骤：

S1：提供硅片，并对硅片进行预处理；

具体的，预处理是指晶体硅太阳能电池制备过程中的前序步骤，其包括并不限于对硅片进行清洗、制绒、扩散、去除磷硅玻璃、去除边结等步骤。

S2：将预处理后的硅片湿法氧化，形成SiO₂层；

具体的，湿法氧化可为直接采用水蒸气对硅片进行氧化，也可为采用含有强氧化性介质的溶液对硅片进行氧化，还可为采用含有光催化介质的溶液对硅片进行氧化，但不限于此。

具体的，当采用含有强氧化介质的溶液对硅片进行氧化时，将硅片整体进入溶液中进行氧化。其中，强氧化介质包括臭氧、氯气、次氯酸、氯酸、双氧水、盐酸和/或硫酸，但不限于此。例如，可采用盐酸与双氧水的混合溶液对硅片进行氧化；也可采用氯气、次氯酸、氯酸、盐酸、双氧水、臭氧的混合溶液对硅片进行氧化；还可采用硫酸与双氧水的混合溶液对硅片进行氧化，但不限于此。

优选的，在该步骤中，将预处理后的硅片浸入40～100℃的水中，并在水中通入臭氧后处理100～300s，以形成SiO₂层。具体的，在将臭氧通入水后，一些臭氧直接与硅片接触，氧化形成SiO₂层，一些臭氧与水反应形成超氧酸，进而氧化形成SiO₂层。同时，由于臭氧可与水反应，可避免臭氧大量溢出，提升生产线的安全性，防止臭氧危害人体健康。

其中，水的温度为40～100℃，示例性的可为40℃、45℃、50℃、54℃、60℃、或80℃，但不限于此。优选的，水的温度为45～60℃。湿法氧化处理时间为100～300s，示例性的为100s、120s、150s、160s、200s、250s或300s，但不限于此。

通过湿法氧化工艺后，在预处理后的硅片表面形成SiO₂层，其厚度为2～5nm，示例性的为2nm、3nm、4nm或5nm，但不限于此。

S3：将SiO₂层进行氢化处理，即得到晶体硅太阳能电池钝化层成品。

具体的，通过对SiO₂层进行氢化处理，可对硅片表面的悬挂键进行氢饱和，从而降低表面态密度，提升SiO₂层的钝化效果。

其中，采用磁控溅射法对所述SiO₂层进行氢化处理；或将所述SiO₂层浸入含有HF的溶液中，以对所述SiO₂层进行氢化处理。具体的，可采用惰性气体(如Ar等，但不限于此)和H₂的混合气体为反应气，采用磁控溅射设备对SiO₂层进行表面处理，从而实现氢化附氢。或者，可将SiO₂层浸入含有HF的溶液中，从而实现氢化附氢。

优选的，将SiO₂层浸入含有HF的溶液中，对SiO₂层进行氢化处理。具体的，HF溶液刻蚀时，首先刻蚀SiO₂，生成H₂O和易溶于水的SiF₄和H₂(SiF₆)；随着刻蚀时间增长，部分HF溶液刻蚀达到Si/SiO₂间过渡层，进而在硅片表面形成≡SiF，＝SiF₂及-SiF₃。此时剩余SiO₂层中的O-Si不再稳定，HF电解形成的H⁺、F^-极易插入Si-O-Si中，Si形成SiF₄溶于水，-O悬挂键被H⁺饱和，表面由氟化转变为氢化，经HF溶液刻蚀后Si表面存在≡OH，＝OH₂及-OH₃。

具体的，采用HF溶液进行氢化处理，HF溶液的电导率为60～70mS/cm，当其电导率＞70mS/cm时，溶液中赋存的F^-过多，会较多地消耗，甚至是刻穿SiO₂层，丧失钝化效果；当其电导率＜60mS/cm时，溶液中F^-含量少，且消耗后补充速度慢，使得刻蚀停留在SiO₂层表面，难以在若干区域刻蚀至Si/SiO₂之间的过渡层，难以形成≡OH，＝OH₂及-OH₃，使得界面态密度较高。示例性的，HF溶液的电导率为60mS/cm、62mS/cm、64mS/cm、65mS/cm、68mS/cm或70mS/cm，但不限于此。优选的，HF溶液的电导率为60-66mS/cm，且应控制HF溶液对SiO₂层整体的刻蚀量≤2nm。

该步骤中，氢化处理的时间为80～150s，示例性的为85s、90s、110s或120s，但不限于此。

优选的，本发明中晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法还包括以下步骤：

S4：将氢化处理后的硅片在热水中处理；

具体的，热水的温度≥90℃，示例性的可为90℃、91℃、93℃、96℃、98℃或100℃，但不限于此。优选的，热水的温度为90-98℃。通过热水处理，可有效减少OH₂和OH₃，使得硅片表面以O-H和Si-H结合为主，从而获得均匀、低界面态密度的钝化层。

具体的，采用热水处理的时间为0.1～0.5h，示例性的为0.1h、0.2h、0.4h、或0.5h；优选的为0.1～0.3h。

本发明中的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其所需设备简单，采用常用的液体槽或其他液体容器即可实施；且其操作温度低，耗能少，可有效降低生产成本。此外，由于操作温度低，也降低了高温退火对硅片的损伤，提升了电池良率。具体的，以SE-PERC电池为例，采用常规的热氧工艺生产SiO₂钝化层时，电池良率为96％±0.55％；采用本发明的工艺生产SiO₂钝化层时，其良率为98％±0.52％。

相应的，本发明还公开了一种晶体硅太阳能电池钝化层，其采用上述制备方法制备而得，其界面态密度低，钝化功能强。

相应的，本发明还公开了一种晶体硅太阳能电池，其包括上述的晶体硅太阳能电池钝化层。示例性的，其可与SiN_x、氧化铝中的一种或多种组成复合钝化层；也可与非晶硅薄膜组成复合钝化层，进而SiO₂层以隧穿钝化层的形式存在。优选的，本发明中的晶体硅太阳能电池为PERC电池，SiO₂层与SiN_x、氧化铝中的一种或多种组成复合钝化层。

下面以具体实施例对本发明进行说明：

实施例1

本实施例提供一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其具体如下：

(1)将硅片(210mm×210mm)经清洗、制绒、扩散、刻蚀后得到预处理硅片；

(2)将预处理硅片浸泡至含有50℃去离子水的反应槽中，并通入臭氧，反应150s后取出；

(3)将硅片浸入含有电导率为62mS/cm的HF溶液的反应槽中，反应100s后取出；

(4)将硅片浸入含有95℃热水的反应槽中，反应500s，即得成品。

试验例

采用实施例1中的制备方法制备钝化层，进而制备SE-PERC电池，作为试验组；

采用常规的热氧工艺制备SiO₂层，进而制备SE-PERC电池，作为对照组；

分别生产试验组、对照组的电池各500片，对其进行测试，试验组的转换效率可达22.75％±0.08％，对照组的效率为22.68％±0.06％，可见，本发明中的钝化层可有效提升效率。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，包括：

(1)提供硅片，并对所述硅片进行预处理；

(2)将预处理后的硅片湿法氧化，形成SiO₂层；

(3)将所述SiO₂层进行氢化处理，即得到晶体硅太阳能电池钝化层成品。

2.如权利要求1所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用水蒸气、臭氧、氯气、次氯酸、氯酸、盐酸、双氧水、盐酸和/或硫酸将所述预处理后的硅片进行湿法氧化。

3.如权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将预处理后的硅片浸入40～100℃的水中，并在水中通入臭氧后处理100～300s，以形成SiO₂层。

4.如权利要求1所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，采用磁控溅射法对所述SiO₂层进行氢化处理；或

将所述SiO₂层浸入含有HF的溶液中，以对所述SiO₂层进行氢化处理。

5.如权利要求1或4所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，步骤(3)，将所述SiO₂层浸入含有HF的溶液中，对所述SiO₂层进行氢化处理；

其中，所述HF溶液的电导率为60～70mS/cm。

6.如权利要求5所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，还包括：

(4)将氢化处理后的硅片在热水中处理；

其中，所述热水的温度≥90℃。

7.如权利要求5所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述SiO₂层的厚度为2～5nm；

步骤(3)中，所述HF溶液对所述SiO₂层的刻蚀量≤2nm。

8.一种晶体硅太阳能电池钝化层，其特征在于，其由权利要求1～7任一项所述的晶体硅太阳能电池钝化层的制备方法制备而得。

9.一种晶体硅太阳能电池，其特征在于，其包括如权利要求8所述的晶体硅太阳能电池钝化层。

10.如权利要求9所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池为PERC电池。

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