在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法及太阳能电池技术

本发明专利技术提出了一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法和应用该方法获得的太阳能电池。该方法包括：清洗硅衬底的表面；在硅衬底的表面通过原子层沉积法沉积电介质薄膜，在温度T1低于350摄氏度下循环操作以下步骤直至电介质薄膜达到一预定厚度D1：持续供给含钛反应化合物，通过原子层沉积法使含钛反应化合物均一覆盖在硅衬底的表面，持续供给含钛反应化合物的时长t1；第一次氮气清洗，清洗时长t2。本发明专利技术提供的在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法和应用该方法获得的太阳能电池，能有效钝化硅衬底的表面，减少表面反射率，在提高硅太阳能电池的光电转换效率的同时简化了硅太阳能电池的生产工艺，降低生产成本。

Method of deposition of dielectric thin films on silicon substrate and solar cells

The invention provides a method for depositing a dielectric film on a silicon substrate and a solar cell obtained by using the method. The method comprises: cleaning the surface of the silicon substrate; the surface of the silicon substrate by atomic layer deposition thin film dielectric deposition, below 350 degrees Celsius under cyclic operation steps until the dielectric film in the temperature T1 reaches a predetermined thickness: D1 continuous supply of titanium containing reactive compounds by atomic layer deposition method with uniform surface reaction of titanium compounds covered on the silicon substrate, the continuous supply of titanium containing compound reaction time T1; the first nitrogen cleaning, cleaning t2. Solar gain method and application of the invention provides a dielectric film deposited on silicon substrate by the method, can effective surface passivation of silicon substrate, reduce the surface reflectance, in improving the photoelectric conversion efficiency of silicon solar cells and simplifies the production process of silicon solar cells, reduce the production cost.

【技术实现步骤摘要】
在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法及太阳能电池
本专利技术涉及硅太阳能电池的
，特别涉及一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法和应用该方法获得的太阳能电池。
技术介绍
近来人们逐渐认识到提高晶硅太阳能电池效率的关键因素在于减小电池表面的载流子复合损失。最有效的方法之一是通过在太阳能电池的表面覆盖一层合适的电介质材料以减小硅电池表面硅的缺陷密度，进而减少载流子在表面附近通过缺陷复合，从而达到表面“钝化”的目的。近些年，拥有双面钝化电介质膜的太阳能电池，比如“发射极钝化和局部背接触”电池(PERC)和“发射极钝化和背部全扩散”电池(PERT)，已经逐渐受到光伏工业界的认可，并且产能逐渐扩大。用于表面钝化的电介质材料有热氧化硅、等离子增强化学气相沉积氮化硅、氧化铝和非晶硅等，这些电介质材料的性能如下：1.热氧化硅虽然具有优良的钝化性能，但是通常需要在高温下(大于900摄氏度)生长。高温工艺会增加电池的生产成本，同时造成低纯度硅材料(如多晶硅)的性能衰减。2.氮化硅对于n型硅表面具有优良的钝化效果，其钝化主要依赖于材料中高浓度的正电荷。但是在钝化p型硅表面的时候，氮化硅中的正电荷会在硅表面由电子聚集而形成反转层。电子会通过反转层流动到有金属接触的地方复合，形成寄生并联电阻，降低电池的效率。3.氧化铝对于p型硅表面具有优良的钝化效果。但是缺点在于其折射率约为1.7，低于硅电池减反射膜2.0的最优值。所以氧化铝在用于表面钝化时还需要被另一种高折射率的电介质材料所覆盖，从而达到合适的光学特性和稳定的电学特性。4.非晶硅能够非常有效的钝化n型和p型硅表面。但是非晶硅对可见光的吸收过强，限制了其用于太阳能前表面的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法和应用该方法获得的太阳能电池，在提高硅太阳能电池的光电转换效率的同时简化了硅太阳能电池的生产工艺，降低生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法，包括：清洗所述硅衬底的表面；在温度T1低于350摄氏度下，在所述硅衬底的表面通过原子层沉积法沉积一预定厚度D1的所述电介质薄膜，包括以下步骤：2.1持续供给含钛反应化合物，通过原子层沉积法使所述含钛反应化合物均一覆盖在所述硅衬底的表面，持续供给所述含钛反应化合物的时长t1；2.2第一次氮气清洗，清洗时长t2；2.3在氧化剂气氛下，使所述含钛反应化合物被氧化成高价钛氧化物，持续时长t3；2.4第二次氮气清洗，清洗时长t4；2.5当所述电介质薄膜达到预定厚度D1，则完成所述电介质薄膜的沉积；当所述电介质薄膜未达到预定厚度D1，回到步骤2.1；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms。根据本专利技术的一个实施例，所述预定厚度D1为50nm～150nm。根据本专利技术的一个实施例，所述硅衬底是单晶硅衬底或多晶硅衬底。根据本专利技术的一个实施例，所述含钛反应化合物是四氯化钛、异丙醇钛和二甲基氨基钛中的一种或几种。根据本专利技术的一个实施例，所述在氧化剂气氛下中使用的氧化剂是氧气、去离子水、臭氧和等离子态的氧自由基中的一种或几种。根据本专利技术的一个实施例，10ms≤t1≤100ms，500ms≤t2、t4≤1000ms，50ms≤t3≤200ms。根据本专利技术的一个实施例，T1小于等于150摄氏度。本专利技术还提供了一种太阳能电池，包括硅衬底以及位于所述硅衬底的向光面的表面层和/或位于所述硅衬底的背光面的背面层，所述表面层和/或所述背面层包括至少一层电介质薄膜，所述电介质薄膜通过前述任一种方法沉积在所述硅衬底上。本专利技术提供的一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法和应用该方法获得的太阳能电池，在该电介质薄膜中含有钛氧化物，能有效钝化硅衬底的表面，在提高硅太阳能电池的光电转换效率的同时简化了硅太阳能电池的生产工艺，降低生产成本。附图说明包括附图是为提供对本专利技术进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本专利技术的实施例，并与本说明书一起起到解释本专利技术原理的作用。附图中：图1示出了本专利技术在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法的流程框图。图2示出了本专利技术在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法的具体步骤的流程框图。图3示出了本专利技术的太阳能电池的一个实施例的结构示意图。图4示出了本专利技术的太阳能电池的另一个实施例的结构示意图。具体实施方式现在将详细参考附图描述本专利技术的实施例。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本专利技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本专利技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本专利技术。由于合适的折射率和对可见光的微弱吸收，二氧化钛在1970至1990年代被作为一种光学减反射膜材料，广泛的应用于丝网印刷太阳能电池的工业生产中。二氧化钛可以用多种制备方法实现，比如溅射、热蒸发、旋涂、裂解、常压化学气相沉积和原子层沉积。早期二氧化钛表面钝化的能力较差。表面钝化一般需要通过二氧化钛和热氧化硅的叠层来实现。本专利技术提供的方法是考虑在硅衬底上通过原子层沉积法沉积含有钛氧化物的电介质薄膜，使该电介质膜既可以作为硅衬底的前表面也可以作为硅衬底的后表面，具备较佳的光学和电学属性。图1示出了本专利技术在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法的流程框图。图2示出了本专利技术在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法的具体步骤的流程框图。如图所示，一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法，包括以下两个步骤：步骤101，清洗硅衬底的表面。硅衬底的表面需要彻底清洁，确保表面没有任何有可能干扰电介质薄膜沉积的杂质和残留物。该硅衬底可以是单晶硅衬底或多晶硅衬底。具体来说，在清洗硅衬底的表面的过程中，可以选用的工业清洗方法包含RCA(RadioCorporationAmerica)、HF/HCl,O3/HF等中的一种或者多种。其中RCA标准清洗法是一种湿式化学清洗法。作为举例而非限制，首先采用RCA标准清洗法对硅衬底的表面进行清洗，其后通过氢氟酸来除去硅衬底表面的氧化物。这一过程可以去除杂质和残留物，从而彻底清洁硅衬底的表面。步骤102，在温度T1低于350摄氏度下，在硅衬底的表面通过原子层沉积法来沉积一预定厚度D1的电介质薄膜。其中预定厚度D1的范围可以是50nm～150nm，这里的nm是指纳米。电介质薄膜的预定厚度D1取决于所制备的电介质薄膜的折射率。步骤102包括以下步骤：步骤201，持续供给含钛反应化合物，通过原子层沉积法使含钛反应化合物均一覆盖在硅衬底的表面，持续供给含钛反应化合物的时长t1；步骤202，第一次氮气清洗，清洗时长t2；步骤203，在氧化剂气氛下，使含钛反应化合物被氧化成高价钛氧化物，持续时长t3；步骤204，第二次氮气清洗，清洗时长t4；步骤205，当电介质薄膜达到预定厚度D1，则进入结束206，完成电介质薄膜的沉积；当电介质薄膜未达到预定厚度D1，回到步骤201；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms，ms指毫秒。需要说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法，包括：清洗所述硅衬底的表面；在温度T1低于350摄氏度下，在所述硅衬底的表面通过原子层沉积法沉积一预定厚度D1的所述电介质薄膜，包括以下步骤：2.1持续供给含钛反应化合物，通过原子层沉积法使所述含钛反应化合物均一覆盖在所述硅衬底的表面，持续供给所述含钛反应化合物的时长t1；2.2第一次氮气清洗，清洗时长t2；2.3在氧化剂气氛下，使所述含钛反应化合物被氧化成高价钛氧化物，持续时长t3；2.4第二次氮气清洗，清洗时长t4；2.5当所述电介质薄膜达到预定厚度D1，则完成所述电介质薄膜的沉积；当所述电介质薄膜未达到预定厚度D1，回到步骤2.1；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms。

【技术特征摘要】
1.一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法，包括：清洗所述硅衬底的表面；在温度T1低于350摄氏度下，在所述硅衬底的表面通过原子层沉积法沉积一预定厚度D1的所述电介质薄膜，包括以下步骤：2.1持续供给含钛反应化合物，通过原子层沉积法使所述含钛反应化合物均一覆盖在所述硅衬底的表面，持续供给所述含钛反应化合物的时长t1；2.2第一次氮气清洗，清洗时长t2；2.3在氧化剂气氛下，使所述含钛反应化合物被氧化成高价钛氧化物，持续时长t3；2.4第二次氮气清洗，清洗时长t4；2.5当所述电介质薄膜达到预定厚度D1，则完成所述电介质薄膜的沉积；当所述电介质薄膜未达到预定厚度D1，回到步骤2.1；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms。2.如权利要求1所述的一种在硅衬底上沉积电介质薄膜的方法，其特征在于，所述预定厚度D1为50nm～150nm。3.如权利要求1所述的一种在硅衬底上沉积电介...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔杰，陈奕峰，皮尔·沃林顿，万义茂，张昕宇，安德烈斯·奎沃斯，汤姆·艾伦，
申请(专利权)人：常州天合光能有限公司，澳大利亚国立大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32