[发明专利]一种硅表面钝化层的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅表面钝化层的制备方法，所述方法为：将硅片清洗除杂后，浸入体积浓度10％HF水溶液中；再在N₂环境下进行烘烤干燥，获得干燥后的硅片；将干燥后的硅片浸入体积浓度10‑50％HF水溶液中进行表面基团处理，去离子水清洗，获得F基化的硅片；将F基化的硅片放入原子层沉积设备中，在60‑180℃下交替通入TiCl₄和H₂O，重复循环，在硅片正反表面制备TiOx薄膜层，即为钝化层。本发明实现了高少数载流子寿命的硅表面钝化，避免了传统钝化膜制备中的高温工艺，制备的TiOx钝化硅片少子寿命可直接达到1.5‑1.8ms，较目前已报道的经退火TiOx钝化膜的少子寿命提升约30％。

(一)技术领域

本发明涉及一种硅表面钝化层的制备方法。

(二)背景技术

PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)，即发射极和背面钝化电池技术，最早在1983年由澳大利亚科学家Martin Green提出，目前正在成为太阳电池新一代的常规技术。PERC近年来效率记录不断被刷新，PERC技术通过在电池的背光面制备一个钝化层来提高转换效率。标准电池结构中更高的效率水平受限于光生载流子复合的趋势。

TOPCon电池的概念由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)于2013年提出，TOPCon正面与常规N型太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触，硅片背面由一层超薄氧化硅(1～2nm)与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成。在850℃的退火温度下退火，iVoc710mV，J0在9-13fA/cm²，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8％)由Fraunhofer-ISE研究所保持。

以上两种先进太阳能电池技术均对硅片表面钝化水平有较高的要求，实现更高转换效率的基础即为硅表面的钝化技术。

现有技术主要是制备SiO₂、或者aSi：H即氢化非晶硅作为钝化层，SiO₂的制备，如果采用热氧化技术，则制备本身就需要800摄氏度以上的高温，而氢化非晶硅的制备，需要用到PECVD工艺设备，设备本身造价高昂，并且，在工艺后，氢化非晶硅需要进行800摄氏度的退火，以激活钝化效果，主要是能耗和设备的成本很高。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种硅表面钝化层的制备方法，以钝化硅表面的悬挂键等缺陷，降低载流子在缺陷处复合的几率，达到提升少数载流子寿命的目的。进一步应用于硅太阳能电池中，提升相应光电转化效率。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种硅表面钝化层的制备方法，所述方法为：(1)将硅片清洗除杂后，浸入体积浓度10％HF水溶液中，去除硅片表面因H₂O₂氧化形成的SiOx层(室温，优选3分钟)；再在N₂环境下进行烘烤干燥，获得干燥后的硅片；(2)将干燥后的硅片浸入体积浓度10-50％HF水溶液中进行表面基团处理，去离子水清洗，获得F基化的硅片；(3)将F基化的硅片放入原子层沉积设备中，在60-180℃下交替通入TiCl₄和H₂O，重复循环，直至在硅片正反表面达到要求制备厚度的TiOx薄膜层，即为钝化层。

进一步，步骤(1)所述硅片选用双面抛光区熔硅片，电阻率1-5欧姆厘米，厚度280μm，但不限于以上规格。

进一步，步骤(1)所述硅片清洗除杂的步骤为：1)将硅片浸入体积比3:1的H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液中，加热至100摄氏度，保温15分钟；取出硅片，使用去离子水冲洗，冲洗时间不低于2分钟(优选2分钟)；