[发明专利]涂覆有钝化层的硅晶片

说明书

本发明涉及生产涂覆有钝化层的硅晶片。其尤其涉及适用于光伏电池的经涂覆的硅晶片，光伏电池将照射在电池正面的光的能量转换成电能。(光伏电池的正面为面向光源的主表面，而相反的主表面则为背表面)。

光伏电池广泛用作太阳能电池，以通过入射太阳光提供电力。硅太阳能电池的大幅成本下降需要在薄硅晶片基材上的高通量、低成本且可靠的工业工艺。在太阳能电池量产中加工的硅晶片的厚度已逐渐降低，目前为约180μm；预计到2020年可达约100μm。由于电池翘曲和转换效率的损失，这对太阳能电池的架构造成了重大的修改。电池翘曲可来自电池中所用材料的热膨胀系数不匹配。

现有的工业表面老化和背表面钝化工艺并未满足薄基材上的产率和性能要求。现有的铝背表面场(BSF)电池架构主流技术已达到其极限，特别是因为在太阳能电池生产中常用的高温(800℃+)共焙烧步骤后，厚度低于约200μm的晶片会发生过度的电池翘曲。另一个问题是转换效率的损失，这是因为在铝扩散到电池背面的硅内的区域中会产生富含缺陷区(电子-空穴复合区)。当晶片变得更薄时，此缺陷区域会逐渐占据有源装置总厚度中很大的一部分。需要替代方案，特别是对背表面钝化而言。

一种可供选择的解决方案依赖于将介电层用于背表面的钝化，叠堆的至少一层富含氢以用作悬键钝化的氢源。

由M.Tucci等人发表于Thin Solid Films(2008),516(20),pages 6939-6942(《固体薄膜》，2008年，第516卷第20期，第6939-6942页)的论文描述了在通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)按顺序沉积氢化非晶硅和氢化非晶氮化硅的叠堆后进行热退火以确保稳定的钝化。

WO-A-2007/055484和WO-A-2008/07828公开了一种可供选择的叠堆，其由氮氧化硅(SiO_xN_y)钝化层和沉积在电池背面上的氮化硅抗反射层制成，以用于表面钝化和光学捕捉。钝化层厚度为10-50nm，而抗反射层厚度为50-100nm。

WO-A-2006/110048(US-A-2009/056800)公开了先沉积薄氢化非晶硅或氢化非晶碳化硅薄后再沉积薄氢化氮化硅膜(优选地通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积))，之后再在形成气体中在高温下进行最终退火。

US-A-2007/0137699描述了一种制造太阳能电池的方法，该方法包括在等离子体反应室内处理硅基材，在硅基材的正面上形成高效发射极结构，以及在硅基材的第二表面上形成钝化结构。包括至少SiO₂层且最后还包括氢化非晶氮化硅层的钝化背表面结构在120-240℃下通过PECVD制备，其中在点燃等离子体前先引入硅烷(SiH₄)和另一种反应性气体。操作压力范围为200至800毫托。使用氧气作为其他反应性气体，首先直接在硅晶片的背面上形成SiO₂。可引入氨气(NH₃)作为其他反应性气体以制备氮化硅层盖在该层上。

US-A-2010/0323503描述了在待钝化的表面上沉积薄(0.1至10nm)的非晶氢化硅层，并在氧环境下在750℃与1200℃之间进行5秒至30分钟的快速热处理而将其转化成SiO₂。

US-B-7838400描述了在存在氧气和氢气时在0.1-10托的压力下以200-400℃/s的速率将基材快速加热到800-1200℃的温度，并维持足够的时间以使先前沉积在基材一个面上的掺杂剂扩散以形成薄(2-15nm)的氧化硅层。