[发明专利]一种硅基异质结太阳能电池钝化层前期处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及高效硅基异质结太阳能电池领域，尤其涉及一种硅基异质结太阳能电池钝化层的前期处理方法。

技术背景

硅基异质结太阳能电池是新兴的第三代高效太阳能电池技术，它结合了第一代单晶硅与第二代硅薄膜的优势，具有转换效率高、温度系数低等一系列优点，具有极大的发展潜力和广阔的应用前景，有望于引领整个硅基太阳能电池的发展方向。

钝化层的制备是硅基异质结太阳能电池制作过程中最为关键的一个工艺步骤，高质量的钝化层可以有效抑制载流子在硅表面的复合以及提高少子寿命，从而起到提高电池光电转换效率的作用。然而，相对于传统晶硅电池中涉及的约80nm厚的氮化硅钝化层而言，硅基异质结太阳能电池的非晶硅钝化层厚度极薄，只有5-10nm，这就要求硅片表面的台阶必须容易覆膜，因此若要制备高品质的纳米级钝化层就必然对硅片表面的金字塔绒面分布以及清洁程度，包括氧化物、有机物、金属离子杂质等，有着格外高的要求。

在传统的硅基异质结太阳能电池生产线上，当硅片在进行完一套完整的清洗步骤之后，由于硅片需要在大气中传输一段距离才能到达PECVD反应腔中制备钝化层，并且产线上的清洗工艺处理能力和钝化工艺的处理能力也很难做到完全匹配，所以硅片不得不在大气中放置一段时间，此过程中因受到大气中氧气、水蒸气及其它杂质等因素的影响，硅片表面很容易形成一层自然氧化层（SiO_x）和粘附一些其它杂质，这种绝缘的氧化层会阻止载流子在异质结界面处的传输，并且异质结界面处的杂质也容易成为界面的复合中心，增加少数载流子在界面处的复合速率，减少少子的有效寿命,从而使得钝化层质量变差，最终降低了电池的光电转换效率。

在现有技术中，针对这一问题，通常采用的方法常是将硅片返回到清洗机进行重新清洗，或者简易的利用3-5%浓度的HF水溶液进行预清洗，但这两种方法都属于湿法清洗，过程比较复杂，同时工艺可控性、重复性都较差。

另一方面，当硅片完成湿法清洗制绒以后，硅片表面会形成金字塔绒面结构，在经过进一步的化学抛光后，硅片表面的绒面结构会变得较为光滑圆润，有利于很薄的钝化层更加均匀地覆盖在金字塔的表面。然而，在硅片经过大气环境的过程中，硅片表面特别是其金字塔绒面结构的顶端将会形成一些其它的纳米尺寸构造，使得光滑圆润的顶端变得尖锐起来，增加了缺陷态密度，从而影响了制备非晶硅钝化层的钝化效果。

针对这一问题，专利CN102779907A提供了一种在硅片的湿法处理过程中引入等离子体刻蚀的方法，其主要目的是用于优化湿法制绒工艺，通过微刻蚀处理来改善表面陷光结构，但是在等离子体刻蚀完成后，该硅片又重新回到了湿法处理过程中并继续进行湿法清洗，因此，如果将硅片转移到真空PECVD设备中来完成钝化层覆膜，将面临与传统产线上同样的污染问题。

由此可见，为了改善非晶硅的钝化层生长和提高钝化效果，需要更有效的去除硅片表面的污染物和改善硅片的表面的金字塔绒面结构。

发明内容

本发明提供了一种硅基异质结太阳能电池钝化层前期处理的方法，通过在硅片的清洗制绒步骤后增加等离子体刻蚀的方法，将硅片表面形成的自然氧化物或者其它杂质清除掉，并且同时对硅片的金字塔绒面结构的纳米尺寸尖端进行微刻蚀处理，使其恢复光滑圆润的形貌，最后在不破真空的条件下完成钝化层工艺，避免了中间的二次污染，从而改善非晶硅钝化层的钝化效果，保证钝化质量，最终提高了电池的转换效率。

为了达到以上目的，本发明提供了一种硅基异质结太阳能电池钝化层前期处理方法，主要包括以下步骤：

第一步，对硅片进行清洗和绒面制备，以获得表面为金字塔绒面结构的洁净硅片；

第二步，在第一真空腔内对所述硅片进行等离子体刻蚀，用以去除所述硅片表面的污染物并且使所述硅片的表面能够恢复呈现上述第一步结束时的金字塔绒面结构，所述污染物包括自然氧化层和其它杂质；

第三步，在与所述第一真空腔实现真空连接的第二真空腔内对所述硅片进行非晶硅钝化层制备。

可选地，进行等离子体刻蚀过程的所述第一真空腔与进行非晶硅钝化层制备的所述第二真空腔为同一个真空PECVD反应腔。

可选地，进行等离子体刻蚀过程的所述第一真空腔与进行非晶硅钝化层制备的所述第二真空腔为两个不同的真空反应腔。

可选地，所述对硅片进行清洗包括：预清洗、再清洗、化学抛光、去除氧化物中的任意一个或者几个步骤。

可选地，所述等离子体刻蚀的等离子体源采用能够将气体活化成反应物并保持反应物等离子体的任何功率源。