一种多晶硅厚膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多晶硅厚膜的制备方法，该方法将普通的冶金硅经酸洗除杂后，重掺杂硼或者铝形成p型导电硅，接着采用铸锭切片工艺得到p型导电硅衬底，然后在该衬底上沉积二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlNx)等薄膜作为介质阻挡层，对该介质阻挡层进行图形化开孔，该孔穿透介质阻挡层与p型导电硅衬底相连通，最后在介质阻挡层表面在高温条件下采用化学气相沉积技术沉积多晶硅厚膜，所沉积的多晶硅厚膜在开孔处与p型导电硅衬底形成电接触。与现有技术相比，利用本发明专利技术的方法能够得到低成本、大面积、高质量的多晶硅厚膜，可以直接用于现有晶体硅太阳能电池制造生产线，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体硅太阳能电池
，具体涉及一种在低成本导电硅衬底上制备低成本多晶硅厚膜的方法，利用该方法得到的多晶硅厚膜材料可以直接用于现有晶体硅太阳能电池制造生产线。
技术介绍
太阳能发电是一种可再生资源的发电方式，发电过程不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。太阳能电池是利用太阳能发电的环保电池，目前实用的太阳能电池，按照制作材料可分为晶体硅太阳能电池与薄膜太阳能电池。晶体硅太阳能电池因其光电转换效率较高、技术成熟并且原材料充足，占据了光伏市场80%的份额。然而，现阶段晶体硅太阳能电池制造的缺点也是显而易见的，电池使用的硅材料用量过大，因此综合能耗较高，晶体硅电池的成本缩减受到极大限制。通常，晶体硅太阳能电池是在厚度约200微米的硅片上制成的，而硅片一般是由直拉法生成的单晶棒或定向长晶凝固技术制成的多晶硅锭上切割而成，然后经过切断、研磨、倒角、切割、腐蚀等多步工艺制成，尤其在切片过程中材料损耗很大，降低了高纯多晶硅材料的使用率。在这一背景下，减少硅料使用量是硅基太阳能电池低成本应用的重要研究方向， 太阳能电池的薄膜化是以降低太阳能电池制作成本和节省昂贵的半导体材料为目的的。其中，非晶硅薄膜太阳能电池成本低廉，制备方便，引起了人们的广泛关注。但是由于非晶硅薄膜太阳能电池的不稳定性，其光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，另外非晶硅薄膜太阳能电池的效率也较低，一般只有5%到7%，这些缺点极大地制约了非晶硅薄膜太阳能电池的发展。多晶硅薄膜太阳能电池由于所使用的硅原料远少于切片工艺的多晶硅衬底，其理论成本要远低于体多晶硅片太阳能电池，另外，多晶硅薄膜兼具晶体硅电学性能和高稳定性的优点，因此，多晶硅薄膜太阳能电池被认为是最有可能替代单晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池的下一代太阳能电池，现在已经成为国际太阳能光伏领域的研究执占。目前，制备多晶硅薄膜的方法主要有两种一种是直接在衬底上一步沉积多晶硅薄膜，目前主要采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺，此外，液相外延法(LPPE)和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜； 另一种是在衬底上先沉积非晶硅薄膜，然后通过再结晶技术或热处理技术将非晶硅薄膜转换成多晶硅薄膜。然而，低成本制备大面积、大晶粒、高载流子迁移率的多晶硅薄膜依然是摆在各国研究人员面前的巨大难题。若能在价格低廉的衬底上快速地生长出大面积、高质量的多晶硅厚膜，并且该多晶硅厚膜能够直接用于现有的晶体硅太阳能电池制造生产线， 将是一种提高太阳能电池光电转换效率和降低生产成本的非常有价值的实现方案，势必会促进太阳能发电的广泛应用
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对现有晶体硅太阳能电池的现状，提供，利用该方法能够得到低成本、大面积、高质量的多晶硅厚膜，并且该多晶硅厚膜能够直接用于现有晶体硅太阳能电池制造生产线。本专利技术实现上述技术目的所采用的技术方案包括如下步骤1.对冶金级硅进行简单酸洗除杂，并重掺杂硼或铝，获得低成本的重掺杂P型冶金硅，再通过铸锭、切片工艺得到P型导电多晶硅衬底；2.在步骤1得到的ρ型导电多晶硅衬底上面沉积一层二氧化硅(SiO2)、氮化硅 (SiNx)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlNx)等薄膜作为介质阻挡层，用于隔离ρ型导电多晶硅衬底杂质，并且该介质阻挡层兼有背部钝化的良好效果；3.对步骤2得到的介质阻挡层进行图形化开孔，即采用激光或光刻等技术在介质阻挡层的给定位置处进行开孔，这些孔形成一定的图形排列，并且这些孔穿透介质阻挡层， 与P型导电多晶硅衬底相连通；4.用化学气相沉积法在步骤3图形化开孔后的介质阻挡层表面制备多晶硅厚膜， 在介质阻挡层表面的开孔处，所沉积的多晶硅厚膜与P型导电多晶硅衬底形成电接触。作为优选步骤1得到的ρ型导电多晶硅衬底的纯度优选为99. 9% 99. 99% ；ρ型导电多晶硅衬底的厚度优选为200 μ m 300 μ m,电阻率优选为0. 0005 Ω · cm 0. 1 Ω · cm。步骤2中，优选在ρ型导电多晶硅衬底上首先进行清洗、表面制备绒面，然后沉积二氧化硅(SiO2)、氮化硅^Nx)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlNx)等薄膜作为介质阻挡层。步骤3中，可以采用激光或者光刻等技术在介质阻挡层进行图形化开孔，相邻孔之间的孔间距优选为200 μ m 2mm。步骤4中，多晶硅厚膜的厚度优选为5 μ m 100 μ m，沉积多晶硅厚膜所使用的气体优选为SiH4或者SiHCl3，沉积温度为800°C 1200°C。上述制备方法中步骤1为常规的制备工艺，是以普通冶金硅为原材料制备衬底，对冶金硅的纯度要求比较低，因此制作成本低廉；步骤2也为常规的制备工艺，制备得到的介质阻挡层能够阻挡步骤4中多晶硅厚膜高温沉积过程中的衬底杂质扩散；步骤3是本专利技术的创新之处，该步骤巧妙地设计了介质阻挡层图形化开孔，并且该孔穿透介质阻挡层，与P型导电多晶硅衬底相连通，从而保证步骤4中进行介质阻挡层表面多晶硅厚膜沉积时，多晶硅厚膜与P型导电多晶硅衬底在介质开孔处自然形成电接触。 因此，该多晶硅厚膜能够直接用于现有的晶体硅太阳能电池制造生产线，自然形成电池背接触，实现大规模太阳能电池制造。另外，介质阻挡层在阻挡衬底杂质扩散的同时，也起到电池背表面介质钝化层的作用，有利于减小电池背表面的复合进而提高短路电流和开路电压，同时这种背介质钝化层结构可以起到电池背反射镜的作用，从而提高入射光的利用率。综上所述，本专利技术提供的多晶硅厚膜的制备方法操作简单、成本低廉、能够得到大面积、高质量的多晶硅厚膜，并且该多晶硅厚膜与P型导电多晶硅衬底自然形成电接触，能够直接用于现有晶体硅太阳能电池制造生产线，实现大规模太阳能电池制造，具有重要的应用价值。附图说明图1是由本专利技术制备方法得到的多晶硅厚膜的立体剖视图；图2是本专利技术制备方法中介质阻挡层表面的一种开孔点阵图形；图3是利用本专利技术制备方法得到的多晶硅厚膜制作的太阳能电池结构示意图。具体实施例方式下面对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。图1与图3中的附图标记为p型导电多晶硅衬底1、介质阻挡层2、多晶硅厚膜3、 开孔区4、氮化硅(SiNx)减反射层5、前接触栅线6。如图1所示，本专利技术多晶硅厚膜的制备方法包括如下步骤1、利用常规制备工艺得到ρ型导电多晶硅衬底1 ；2、用化学气相沉淀法在ρ型导电多晶硅衬底1上沉积一层二氧化硅(SiO2)、氮化硅彼队)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlNx)等薄膜作为介质阻挡层2 ；3、采用激光或者光刻等技术对介质阻挡层2进行图形化开孔，得到开孔区4，使开孔区4穿透介质阻挡层2，与ρ型导电多晶硅衬底1相连通； 4、用化学气相沉积法在介质阻挡层2表面制备多晶硅厚膜3，在介质阻挡层2表面的开孔区4处，所沉积的多晶硅厚膜3与ρ型导电多晶硅衬底1形成电接触；上述制备得到的多晶硅厚膜3可以直接用于现有晶体硅太阳能电池制造生产线， 实现大规模多晶硅厚膜太阳能电池制造，如图3所示，具体包括如下步骤5、采用上述步骤4得到的多晶硅厚膜3，对多晶硅厚膜3进行清洗、表面制备绒面， 然后进行扩散得到PN结；6、采用氢氟本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多晶硅厚膜的制备方法，其特征是：首先，将冶金硅进行简单酸洗除杂，并重掺杂硼或铝，获得低成本重掺杂ｐ型冶金硅，再通过铸锭、切片工艺得到ｐ型导电多晶硅衬底；然后，在所述的ｐ型导电多晶硅衬底上沉积二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝等薄膜作为介质阻挡层，对所述的介质阻挡层进行图形化开孔，该孔穿透介质阻挡层与ｐ型导电多晶硅衬底相连通；最后，用化学气相沉积法在所述的介质阻挡层表面沉积多晶硅厚膜，所述的多晶硅厚膜在开孔处与ｐ型导电多晶硅衬底形成电接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万青，竺立强，龚骏，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97