在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法及太陽能電池技術

本發明專利技術提出了一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法和應用該方法獲得的太陽能電池。該方法包括：清洗硅襯底的表面；在硅襯底的表面通過原子層沉積法沉積電介質薄膜，在溫度T1低于350攝氏度下循環操作以下步驟直至電介質薄膜達到一預定厚度D1：持續供給含鈦反應化合物，通過原子層沉積法使含鈦反應化合物均一覆蓋在硅襯底的表面，持續供給含鈦反應化合物的時長t1；第一次氮氣清洗，清洗時長t2。本發明專利技術提供的在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法和應用該方法獲得的太陽能電池，能有效鈍化硅襯底的表面，減少表面反射率，在提高硅太陽能電池的光電轉換效率的同時簡化了硅太陽能電池的生產工藝，降低生產成本。

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.

【技術實現步驟摘要】
在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法及太陽能電池
本專利技術涉及硅太陽能電池的
，特別涉及一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法和應用該方法獲得的太陽能電池。
技術介紹
近來人們逐漸認識到提高晶硅太陽能電池效率的關鍵因素在于減小電池表面的載流子復合損失。最有效的方法之一是通過在太陽能電池的表面覆蓋一層合適的電介質材料以減小硅電池表面硅的缺陷密度，進而減少載流子在表面附近通過缺陷復合，從而達到表面“鈍化”的目的。近些年，擁有雙面鈍化電介質膜的太陽能電池，比如“發射極鈍化和局部背接觸”電池(PERC)和“發射極鈍化和背部全擴散”電池(PERT)，已經逐漸受到光伏工業界的認可，并且產能逐漸擴大。用于表面鈍化的電介質材料有熱氧化硅、等離子增強化學氣相沉積氮化硅、氧化鋁和非晶硅等，這些電介質材料的性能如下：1.熱氧化硅雖然具有優良的鈍化性能，但是通常需要在高溫下(大于900攝氏度)生長。高溫工藝會增加電池的生產成本，同時造成低純度硅材料(如多晶硅)的性能衰減。2.氮化硅對于n型硅表面具有優良的鈍化效果，其鈍化主要依賴于材料中高濃度的正電荷。但是在鈍化p型硅表面的時候，氮化硅中的正電荷會在硅表面由電子聚集而形成反轉層。電子會通過反轉層流動到有金屬接觸的地方復合，形成寄生并聯電阻，降低電池的效率。3.氧化鋁對于p型硅表面具有優良的鈍化效果。但是缺點在于其折射率約為1.7，低于硅電池減反射膜2.0的最優值。所以氧化鋁在用于表面鈍化時還需要被另一種高折射率的電介質材料所覆蓋，從而達到合適的光學特性和穩定的電學特性。4.非晶硅能夠非常有效的鈍化n型和p型硅表面。但是非晶硅對可見光的吸收過強，限制了其用于太陽能前表面的應用。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法和應用該方法獲得的太陽能電池，在提高硅太陽能電池的光電轉換效率的同時簡化了硅太陽能電池的生產工藝，降低生產成本。為解決上述技術問題，本專利技術提供一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法，包括：清洗所述硅襯底的表面；在溫度T1低于350攝氏度下，在所述硅襯底的表面通過原子層沉積法沉積一預定厚度D1的所述電介質薄膜，包括以下步驟：2.1持續供給含鈦反應化合物，通過原子層沉積法使所述含鈦反應化合物均一覆蓋在所述硅襯底的表面，持續供給所述含鈦反應化合物的時長t1；2.2第一次氮氣清洗，清洗時長t2；2.3在氧化劑氣氛下，使所述含鈦反應化合物被氧化成高價鈦氧化物，持續時長t3；2.4第二次氮氣清洗，清洗時長t4；2.5當所述電介質薄膜達到預定厚度D1，則完成所述電介質薄膜的沉積；當所述電介質薄膜未達到預定厚度D1，回到步驟2.1；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms。根據本專利技術的一個實施例，所述預定厚度D1為50nm～150nm。根據本專利技術的一個實施例，所述硅襯底是單晶硅襯底或多晶硅襯底。根據本專利技術的一個實施例，所述含鈦反應化合物是四氯化鈦、異丙醇鈦和二甲基氨基鈦中的一種或幾種。根據本專利技術的一個實施例，所述在氧化劑氣氛下中使用的氧化劑是氧氣、去離子水、臭氧和等離子態的氧自由基中的一種或幾種。根據本專利技術的一個實施例，10ms≤t1≤100ms，500ms≤t2、t4≤1000ms，50ms≤t3≤200ms。根據本專利技術的一個實施例，T1小于等于150攝氏度。本專利技術還提供了一種太陽能電池，包括硅襯底以及位于所述硅襯底的向光面的表面層和/或位于所述硅襯底的背光面的背面層，所述表面層和/或所述背面層包括至少一層電介質薄膜，所述電介質薄膜通過前述任一種方法沉積在所述硅襯底上。本專利技術提供的一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法和應用該方法獲得的太陽能電池，在該電介質薄膜中含有鈦氧化物，能有效鈍化硅襯底的表面，在提高硅太陽能電池的光電轉換效率的同時簡化了硅太陽能電池的生產工藝，降低生產成本。附圖說明包括附圖是為提供對本專利技術進一步的理解，它們被收錄并構成本申請的一部分，附圖示出了本專利技術的實施例，并與本說明書一起起到解釋本專利技術原理的作用。附圖中：圖1示出了本專利技術在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法的流程框圖。圖2示出了本專利技術在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法的具體步驟的流程框圖。圖3示出了本專利技術的太陽能電池的一個實施例的結構示意圖。圖4示出了本專利技術的太陽能電池的另一個實施例的結構示意圖。具體實施方式現在將詳細參考附圖描述本專利技術的實施例。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本專利技術中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本專利技術說明書中所提及的一些術語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本專利技術。由于合適的折射率和對可見光的微弱吸收，二氧化鈦在1970至1990年代被作為一種光學減反射膜材料，廣泛的應用于絲網印刷太陽能電池的工業生產中。二氧化鈦可以用多種制備方法實現，比如濺射、熱蒸發、旋涂、裂解、常壓化學氣相沉積和原子層沉積。早期二氧化鈦表面鈍化的能力較差。表面鈍化一般需要通過二氧化鈦和熱氧化硅的疊層來實現。本專利技術提供的方法是考慮在硅襯底上通過原子層沉積法沉積含有鈦氧化物的電介質薄膜，使該電介質膜既可以作為硅襯底的前表面也可以作為硅襯底的后表面，具備較佳的光學和電學屬性。圖1示出了本專利技術在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法的流程框圖。圖2示出了本專利技術在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法的具體步驟的流程框圖。如圖所示，一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法，包括以下兩個步驟：步驟101，清洗硅襯底的表面。硅襯底的表面需要徹底清潔，確保表面沒有任何有可能干擾電介質薄膜沉積的雜質和殘留物。該硅襯底可以是單晶硅襯底或多晶硅襯底。具體來說，在清洗硅襯底的表面的過程中，可以選用的工業清洗方法包含RCA(RadioCorporationAmerica)、HF/HCl,O3/HF等中的一種或者多種。其中RCA標準清洗法是一種濕式化學清洗法。作為舉例而非限制，首先采用RCA標準清洗法對硅襯底的表面進行清洗，其后通過氫氟酸來除去硅襯底表面的氧化物。這一過程可以去除雜質和殘留物，從而徹底清潔硅襯底的表面。步驟102，在溫度T1低于350攝氏度下，在硅襯底的表面通過原子層沉積法來沉積一預定厚度D1的電介質薄膜。其中預定厚度D1的范圍可以是50nm～150nm，這里的nm是指納米。電介質薄膜的預定厚度D1取決于所制備的電介質薄膜的折射率。步驟102包括以下步驟：步驟201，持續供給含鈦反應化合物，通過原子層沉積法使含鈦反應化合物均一覆蓋在硅襯底的表面，持續供給含鈦反應化合物的時長t1；步驟202，第一次氮氣清洗，清洗時長t2；步驟203，在氧化劑氣氛下，使含鈦反應化合物被氧化成高價鈦氧化物，持續時長t3；步驟204，第二次氮氣清洗，清洗時長t4；步驟205，當電介質薄膜達到預定厚度D1，則進入結束206，完成電介質薄膜的沉積；當電介質薄膜未達到預定厚度D1，回到步驟201；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms，ms指毫秒。需要說明的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法，包括：清洗所述硅襯底的表面；在溫度T1低于350攝氏度下，在所述硅襯底的表面通過原子層沉積法沉積一預定厚度D1的所述電介質薄膜，包括以下步驟：2.1持續供給含鈦反應化合物，通過原子層沉積法使所述含鈦反應化合物均一覆蓋在所述硅襯底的表面，持續供給所述含鈦反應化合物的時長t1；2.2第一次氮氣清洗，清洗時長t2；2.3在氧化劑氣氛下，使所述含鈦反應化合物被氧化成高價鈦氧化物，持續時長t3；2.4第二次氮氣清洗，清洗時長t4；2.5當所述電介質薄膜達到預定厚度D1，則完成所述電介質薄膜的沉積；當所述電介質薄膜未達到預定厚度D1，回到步驟2.1；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms。

【技術特征摘要】
1.一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法，包括：清洗所述硅襯底的表面；在溫度T1低于350攝氏度下，在所述硅襯底的表面通過原子層沉積法沉積一預定厚度D1的所述電介質薄膜，包括以下步驟：2.1持續供給含鈦反應化合物，通過原子層沉積法使所述含鈦反應化合物均一覆蓋在所述硅襯底的表面，持續供給所述含鈦反應化合物的時長t1；2.2第一次氮氣清洗，清洗時長t2；2.3在氧化劑氣氛下，使所述含鈦反應化合物被氧化成高價鈦氧化物，持續時長t3；2.4第二次氮氣清洗，清洗時長t4；2.5當所述電介質薄膜達到預定厚度D1，則完成所述電介質薄膜的沉積；當所述電介質薄膜未達到預定厚度D1，回到步驟2.1；其中，10ms≤t1≤1000ms，100ms≤t2、t4≤2000ms，10ms≤t3≤500ms。2.如權利要求1所述的一種在硅襯底上沉積電介質薄膜的方法，其特征在于，所述預定厚度D1為50nm～150nm。3.如權利要求1所述的一種在硅襯底上沉積電介...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔杰，陳奕峰，皮爾·沃林頓，萬義茂，張昕宇，安德烈斯·奎沃斯，湯姆·艾倫，
申請(專利權)人：常州天合光能有限公司，澳大利亞國立大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32