[发明专利]一种硅的氧化钝化方法及钝化装置

说明书

技术领域

本发涉及一种硅的氧化钝化方法及钝化装置，尤其适合应用在太阳能电池的纳米、微米制绒结构的钝化。

背景技术

现代工业的发展，一方面加大了对能源的需求，引发能源危机；另一方面在常规能源的使用中释放出大量的二氧化碳气体，导致全球性的“温室效应”。作为最理想的可再生能源，太阳能具有“取之不尽，用之不竭”的特点。目前，太阳能发电在世界各国都受到了高度的重视，太阳能电池的转换效率也在不断的提高。

综合考虑生产成本、转换效率、稳定性等各方面因素，晶体硅太阳能电池有着其他太阳能电池不可比拟的优势，在目前整个太阳能电池领域中占80％的比例，并且在今后很长一段时间内也仍将处于主导地位。近年来，全球晶体硅太阳能电池产量迅速增长，市场竞争也愈趋激烈。如何提高转换效率、降低生产成本成了企业生死存亡的关键。

由于硅是间接带隙半导体，硅对太阳光的反射率高达30％以上。因此，如何降低硅片表面的反射率，成了太阳能电池制备过程中关键的一部分。目前常规工艺中，单晶硅采用碱式各向异性刻蚀形成金字塔结构，反射率在10％～13％左右；多晶硅采用酸式各向同性刻蚀形成“蠕虫”结构，反射率在20％左右，但是这两种制绒方法得到的绒面反射率仍然较高。此外，有利用RIE刻蚀、激光刻蚀、等离子体刻蚀等方法制备具有微纳结构的“黑硅”，通过制备微纳结构降低硅表面反射率，这些方法都可以将单晶和多晶的反射率降到5％以下甚至更低。(中国专利：CN102157608A)然而，这些制绒方法得到的大多属于纳米结构，这样就大大增加了表面积，增加了裸露的硅悬挂键，因而增加了载流子的表面复合率，降低了少子寿命，将会影响太阳能电池的转换效率。因此，如何对这些新型的制绒结构(纳米、微米结构)进行有效的钝化处理是必须要解决的问题。

目前太阳能电池中主要用到钝化方法有等离子体气相沉积(PECVD)方法沉积氮化硅(SiN_x)薄膜，热氧化法沉积二氧化硅层(SiO₂)，原子层沉积(ALD)方法沉积氧化铝(Al₂O₃)等。其中热氧化法沉积二氧化硅薄膜的钝化效果最为理想。但是热氧化法(包括干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化等)一般需要在高温下(850℃～1050℃)进行30min～60min的氧化，这样长时间的高温处理会引起少数载流子寿命的降低、磷的再次分布、金属杂质的扩散等问题，这些都将影响太阳能电池的转换效率。

另外，二氧化硅作为电绝缘材料具有最高的电阻率(～10¹⁸Ωcm)，热膨胀系数又小到5～7×10^-7，并且可利用压电效应作为稳定的振荡子等，因此，除了太阳能电池领域，二氧化硅在电子器件领域，尤其是集成电路中有着相当广泛的应用。这种二氧化硅的形成方式大致分为两种：氧化法和沉积法。氧化法得到的二氧化硅更加致密，质量更加好。氧化法主要包括水蒸气氧化法、干氧氧化法、湿氧氧化法等。这些方法一般都需要在高温下(850℃～1050℃)进行，但是高温必定会对器件的性能产生影响。因此寻求一种能在低温下实现的氧化法也是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅的氧化钝化方法，能够在低温下实现。

本发明的目的还在于提供一种硅的钝化装置。

本发明提供一种硅的氧化钝化方法，其特征在于利用臭氧对硅的表面进行氧化钝化。

根据本发明提供的方法，其中臭氧氧化时的温度在室温至800摄氏度范围内。

根据本发明提供的方法，其中臭氧在到达被钝化的硅之前经过冷却。

根据本发明提供的方法，其中臭氧在到达被钝化的硅之前将被冷却至室温或室温以下。

根据本发明提供的方法，其中臭氧氧化时的温度在200至700摄氏度范围内。

根据本发明提供的方法，其中被钝化的硅可以是具有各种结构的硅，尤其是具有纳米结构的硅。

本发明还提供一种实现上述氧化钝化方法的钝化装置，包括：

加热炉；

臭氧发生器，与加热炉相连，用于向加热炉通入臭氧。

根据本发明提供的钝化装置，还包括冷却装置，用于将臭氧在通入加热炉之前冷却。

根据本发明提供的钝化装置，还包括导气装置，位于加热炉内，用于将臭氧导引至样品表面，该导气装置为面状装置，该面状装置上具有多个均匀分布的出气口。

根据本发明提供的钝化装置，还包括尾气处理装置，与加热炉相连接。