一种硅表面钝化层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅表面钝化层的制备方法，所述方法为：将硅片清洗除杂后，浸入体积浓度10％HF水溶液中；再在N2环境下进行烘烤干燥，获得干燥后的硅片；将干燥后的硅片浸入体积浓度10

【技术实现步骤摘要】
一种硅表面钝化层的制备方法
(一)

[0001]本专利技术涉及一种硅表面钝化层的制备方法。
(二)
技术介绍

[0002]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。
[0003]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/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8％)由Fraunhofer
‑
ISE研究所保持。
[0004]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。
[0005]现有技术主要是制备SiO2、或者aSi：H即氢化非晶硅作为钝化层，SiO2的制备，如果采用热氧化技术，则制备本身就需要800摄氏度以上的高温，而氢化非晶硅的制备，需要用到PECVD工艺设备，设备本身造价高昂，并且，在工艺后，氢化非晶硅需要进行800摄氏度的退火，以激活钝化效果，主要是能耗和设备的成本很高。
(三)
技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]本专利技术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H2O2氧化形成的SiOx层(室温，优选3分钟)；再在N2环境下进行烘烤干燥，获得干燥后的硅片；(2)将干燥后的硅片浸入体积浓度10
‑
50％HF水溶液中进行表面基团处理，去离子水清洗，获得F基化的硅片；(3)将F基化的硅片放入原子层沉积设备中，在60
‑
180℃下交替通入TiCl4和H2O，重复循环，直至在硅片正反表面达到要求制备厚度的TiOx薄膜层，即为钝化层。
[0009]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。
[0010]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H2SO4和H2O2的混合溶液中，加热至100摄氏度，保温15分钟；取出硅片，使用去离子水冲洗，冲洗时间不低于2分钟(优选2分钟)；
[0011]2)将步骤1)清洗后的硅片浸入体积比1:1:5的NH4OH、H2O2、去离子水的混合溶液中，加热至80摄氏度，保温15分钟；取出硅片，使用去离子水冲洗，冲洗时间不低于2分钟(优选2分钟)；
[0012]3)将步骤2)清洗后的硅片浸入体积比为1:1:5的HCl、H2O2、去离子水的混合溶液中，加热至80摄氏度，保温15分钟；取出硅片，使用去离子水冲洗，冲洗时间不低于2分钟(优选2分钟)，获得清洗后的硅片。
[0013]进一步，步骤(1)N2环境下进行烘烤干燥条件为：采用非接触式红外灯管加热，加热温度105摄氏度，烘烤时间1小时。
[0014]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N2鼓泡，N2流量控制在50sccm。
[0015]进一步，步骤(3)TiCl4和H2O通入条件为：在60
‑
180℃下，轮流通入50sccm TiCl
4 600ms和50sccm H2O 100ms，在每次通入反应气体前，均通入50sccm N
2 30s作为吹扫气体，将未反应的反应气体排出，避免工艺影响；重复以上循环10
‑
100次，直至TiOx膜层达到要求制备的厚度；前20个循环，每次通入反应气体后，密闭腔室2s，使反应气体更好地成核，附着于F基团化的硅片表面。
[0016]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。
[0017]与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：
[0018](1)制备方法不必用到毒性试剂，环境友好；
[0019](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，但本专利技术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。
[0020](3)本专利技术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
[0021]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。
[0022]图2为TiOx膜层反应时序图。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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
[0027]下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于
此：
[0028]本申请实施例去离子水的电阻率应大于18.2MΩ。本专利技术实施例所用H2SO4、H2O2、NH4OH、HCl均按100％纯度计算。
[0029]实施例1、硅表面钝化层的制备
[0030]1、清洗
[0031](1)将原料硅片(双面抛光区熔硅片，电阻率1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅表面钝化层的制备方法，其特征在于所述方法为：(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H2O2氧化形成的SiOx层；再在N2环境下进行烘烤干燥，获得干燥后的硅片；(2)将干燥后的硅片浸入体积浓度10
‑
50％HF水溶液中进行表面基团处理，去离子水清洗，获得F基化的硅片；(3)将F基化的硅片放入原子层沉积设备中，在60
‑
180℃下交替通入TiCl4和H2O，重复循环，在硅片正反表面制备TiOx薄膜层，即为钝化层。2.如权利要求1所述硅表面钝化层的制备方法，其特征在于步骤(1)所述硅片选用双面抛光区熔硅片，电阻率1
‑
5欧姆厘米。3.如权利要求1所述硅表面钝化层的制备方法，其特征在于步骤(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H2SO4和H2O2的混合溶液中，加热至100摄氏度，保温15分钟；取出硅片，使用去离子水冲洗，冲洗时间不低于2分钟；2)将步骤1)清洗后的硅片浸入体积比1:1:5的NH4OH、H2O2、去离子水的混合溶液中，加热至80摄氏度，保温15分钟；取出硅片，使用去离子水冲洗，冲洗时间不低于2分钟；3)将步骤2)清洗后的硅片浸入体积比为1:1:5的HCl、H2O2、去离子水的混合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦德远，丁阳，黄志平，许颖，孙彪，武朝磊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：