[发明专利]用于光伏钝化的前体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年9月7日提交的美国临时申请号为61/531,749的权益，在此通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及通过CVD法制备的基于硅的介电材料的领域。特别是，它涉及制造这些材料的薄膜的方法及其作为光伏器件中的钝化或屏障涂层(barrier coating)的用途。

背景技术

光伏(“PV”)电池将光能转换成电能。许多光伏电池使用单晶硅或多晶硅作为衬底来制造。该电池中的硅衬底通常用正或负导电类型的掺杂剂改性，且厚度为50-500微米的级别。在本申请的全文中，意图面向入射光的衬底(如晶片)的表面被指定为前表面，且与前表面相对的表面被称为后表面。按照惯例，正掺杂的硅通常被指定为“p”，其中空穴是多数电载流子(majority electrical carrier)。负掺杂的硅被指定为“n”，其中电子是多数电载流子。光伏电池运行的关键是p-n结的产生，通常通过在硅衬底的前表面上进一步涂布(dope)薄层来形成(图1)。这样的层通常被称为作为发射极层，而整体硅(bulk silicon)被称为吸收体层。根据器件的配置，发射极可以是p-掺杂的或n-掺杂的。

最优光伏器件效率的关键要求是硅的前表面和后表面的有效钝化。任何固体的表面通常代表与整体(bulk)的晶体周期性的大的中断(disruption)，从而产生更高的亚化学计量键合群体，这导致电缺陷。对于硅，当这些缺陷在带隙的范围内强力地发生时，它们增加载流子复合，并负面影响设备效率。当硅表面用钝化层(PL)涂覆时，硅-PL的性能成为关键。同样，整体硅的晶体周期性由于非硅原子在界面处的存在而被中断。

硅-PL界面电荷可以在影响钝化效率方面发挥关键作用。在PL沉积过程中产生的固定电荷可以在底层硅中产生感应场(Aberle，Progress in Photovoltaics，8，473)。对于与n-型硅接触的钝化层，希望高的固定正电荷以减少载流子复合。对于与p-型硅接触的钝化层，希望减少的固定正电荷以减少载流子复合并防止寄生分流(parasitic shunting)。

除了作为钝化层发挥功能，该介电材料可以提供抗反射性能，以降低反射率并提高光的吸收。

Leguijt和Wanka(WO08043827A；Solar Energy Materials and Solar Cells，40，297)描述了制造整合了SiNxHy钝化的光伏器件的方法，其中使用硅烷和氨沉积钝化层。该方法在界面处产生通常＞+1e12/cm2的高的固定正电荷。因此，该方法对于与n-型硅接触的钝化是相容的，但在与p-型硅接触的情况中产生较差的结果(Dauwe，Progress in Photovoltaics，10，271)。

US2009151784A描述了制造整合了热生长氧化硅的光伏器件的方法。该方法需要800-1000℃范围的高温，并可能导致慢的处理时间。已知该方法产生e11/cm2左右的固定界面电荷，其与p-型硅表面的钝化相容。

Naber(34th IEEE PVSC 2009)描述了制造整合了化学生长的氧化硅的光伏器件的方法。该方法需要硝酸处理，需要可能很长的浸渍时间。

Hofmann(Advances in Optoelectronics，485467)描述了使用硅烷与N₂O、O₂或氨制造整合了CVD氧化物/氮化物叠合层的光伏器件的方法。该方法报告了沉积后200厘米/秒的表面复合速度和在800℃烧结3秒后60厘米/秒的表面复合速度。由于硅烷前体中存在的Si-H的键强度，硅烷氧化薄膜的沉积可能需要高的等离子体功率密度和高的沉积温度。

因此，需要在低于450℃的沉积温度下使用提供优良的与p-型硅接触的界面性能的前体沉积钝化膜或层，具有可工业化的产量和拥有成本。任选地，氮化物薄膜可以沉积在氧化物薄膜的顶部(图2)。钝化层可以存在于器件的前侧、器件的后侧或这两者上。

发明概述

本发明涉及制造用于光伏器件的钝化层的方法及其光伏器件。

在一个方面，提供了一种在腔室中在光伏电池上沉积至少一个钝化层的方法，包括以下步骤：

提供具有后表面和前表面的光伏电池；

提供第一硅前体；

提供氧源；

至少在光伏电池的一个表面上沉积具有5-70nm厚度的氧化硅层；

提供第二硅前体；

提供氮源；和