晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺的制作方法

本发明属于晶硅太阳能电池器件制造技术领域，尤其涉及一种晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺。

背景技术：

目前，光伏业内多晶硅电池转换效率约为18.3%，单晶硅电池转换效率约为19.5%。理论上，多晶硅电池的转换效率可以达到20.4%，单晶硅电池转换效率可以达到29%。晶硅电池转换效率仍有很大的提升空间。

现有的工业上晶硅太阳电池，通常采用丝网印刷的方式制备太阳电池的背面铝背场对硅片的背表面进行钝化。铝背场对硅片背表面的钝化主要是场钝化，钝化的效果较差，硅片的少子寿命较低，这限制了晶硅电池转换效率的进一步提高。采用PECVD设备在硅片的背表面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化膜，能有效的提高硅片的少子寿命，从而提高电池的转换效率。但是目前采用PECVD设备沉积氧化铝薄膜还处于试验探索阶段，普遍存在镀膜重复性较差，批间均匀性偏差大的缺点，从而限制了硅片少子寿命的进一步提高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可制备均匀和高质量的氧化铝钝化膜、提高硅片钝化效果和提高少子寿命的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

1. 一种晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，包括以下步骤：

（1）将反应腔体抽真空至0.3mbar以下，然后加热反应腔体； （2）将保护气体和工艺气体通入反应腔体内，并将至少一对微波发生器产生的微波导入反应腔体，工艺气体吸收微波能量后产生等离子体，等离子体被反应腔体内部的磁场加速后形成等离子体场；每对微波发生器中，左微波发生器的峰值功率为1500W～2500W，一个脉冲周期中，脉冲打开时间为4ms～8ms，脉冲关闭时间为15ms～20ms，频率为40Hz～50Hz，平均功率为400W～800W；右微波发生器的峰值功率为1500W～2500W，脉冲打开时间为4ms～8ms，脉冲关闭时间为15ms～20ms，频率为40Hz～50Hz，平均功率为400W～800W；

（3）将晶硅片以设定传送速率经过反应腔体的等离子体场区，等离子体打在晶硅片，并发生化学反应生成氧化铝钝化膜。

上述的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，优选地，所述步骤（2）中，所述工艺气体为氩气、N₂O和气态三甲基铝。

上述的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，优选地，所述步骤（2）中，当仅使用一对微波发生器时，氩气的流量为600sccm～1000sccm，N₂O的流量为800sccm～1200sccm，气态三甲基铝的流量为50sccm～450sccm。

上述的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，优选地，所述步骤（2）中，微波发生器为多对时，其中一对微波发生器的工艺气体流量为：氩气的流量为600sccm～1000sccm，N₂O的流量为800sccm～1200sccm，气态三甲基铝的流量为50sccm～450sccm；其他每对微波发生器的工艺气体流量为：氩气的流量为0sccm～500sccm，N₂O的流量为0sccm～1500sccm，气态三甲基铝的流量为0sccm～450sccm。

上述的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，优选地，所述步骤（1）中，所述加热温度为300℃～400℃。

上述的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，优选地，所述设定传送速率为75cm/min～250cm/min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，用微波发生器产生微波，通过导波管，将微波导入腔体内部。微波能量被工艺气体所吸收，产生等离子体。腔体内部采用磁铁产生磁场加速等离子体，使得在硅片载板的水平面上产生均匀的等离子体场。等离子体打在硅片表面上进行沉积，最终形成均匀的氧化铝薄膜。通过调节左右微波发生器的峰值功率、占空比（脉冲打开时间/（脉冲打开时间+脉冲关闭时间），来调节氧化铝薄膜的均匀性，最终可得到均匀性为2.8%（片内）、4.5%（片间）、3.2%（批间）的氧化铝薄膜。沉积完氧化铝薄膜后的p型单晶硅片，少子寿命可达到平均250μs，远高于常规的铝背场电池的少子寿命（60μs）；相比同样采用PECVD设备沉积氧化铝薄膜（片间均匀性>6%，少子寿命150μs），片间均匀性更高，太阳电池少子寿命也相对更高。

附图说明：

图1为本发明沉积氧化铝薄膜时的PECVD反应腔体示意图。

图2 为本发明实施例1中左/右微波发生器所发出的脉冲波形图。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，PECVD设备为梅耶博格公司生产的Maia2.1设备，如图1所示，包括以下步骤：

（1）将反应腔体抽真空至0.3mbar以下，然后将反应腔体加热至350℃，使得反应腔体内部温度均匀；

（2）将工艺气体（氩气、笑气和气态三甲基铝）持续通入反应腔体内，其中，氩气的流量为450sccm，笑气（N₂O）的流量为800sccm，气态三甲基铝（TMA）的流量为120sccm。并将一对微波发生器产生的微波通过导波管导入反应腔体，调节微波参数，左微波发生器和右微波发生器的设定相同，如图2所示，一个脉冲周期中，峰值功率设定为2400W，脉冲打开时间为5ms，脉冲关闭时间为16ms，平均功率为571W。工艺气体吸收微波能量后产生等离子体，等离子体被反应腔体内部的磁场加速后形成均匀等离子体场；

（4）将装载化学抛光的p型硅片的载板置于传送轮上，通过传送轮将载板以150cm/min的速率传送到均匀等离子体场区，等离子体打在晶硅太阳电池片，并发生化学反应生成氧化铝钝化膜。

采用该方法在化学抛光的p型硅片上制成的氧化铝薄膜，厚度达到22nm～25nm，均匀性达到3.2%（片内）、4.8%（片间）、3.8%（批间），在经过烧结工艺后，平均少子寿命达到180μs。和常规的铝背场电池（少子寿命60μs）相比，少子寿命提高了120μs；相比同样采用PECVD设备沉积氧化铝薄膜（片间均匀性>6%，少子寿命150μs），片间均匀性更高，少子寿命提高了30μs。

实施例2：

一种本发明的晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的PECVD沉积工艺，PECVD设备为梅耶博格的Maia2.1设备，包括以下步骤：

（1）将反应腔体抽真空至0.3mbar以下，然后将反应腔体加热至400℃，使得反应腔体内部温度均匀；

（2）将工艺气体（氩气、笑气和气态三甲基铝）持续通入反应腔体内，其中，第一对微波发生器的工艺气体流量为：氩气的流量400sccm，笑气的流量800sccm，气态气态三甲基铝（TMA）的流量100sccm。第二对微波发生器的工艺气体流量为：氩气流量0sccm，笑气的流量600sccm，气态三甲基铝的流量0sccm。并将两对微波发生器产生的微波通过导波管导入反应腔体，调节微波参数，第一对微波发生器，左微波发生器的峰值功率设定为2200W，脉冲打开时间为5ms，脉冲关闭时间为17ms，平均功率为500W。右微波发生器的峰值功率设定为2200W，脉冲打开时间为5ms，脉冲关闭时间为18ms，平均功率为478W。第二对微波发生器，左微波发生器的峰值功率设定为2200W，脉冲打开时间为5ms，脉冲关闭时间为18ms，平均功率为478W。右微波发生器的峰值功率设定为2200W，脉冲打开时间为5ms，脉冲关闭时间为17ms，平均功率为500W。工艺气体吸收微波能量后产生等离子体，等离子体被反应腔体内部的磁场加速后形成均匀等离子体场；

（4）将装载化学抛光的p型硅片的载板置于传送轮上，通过传送轮将载板以140cm/min的速率传送到均匀等离子体场区，等离子体打在晶硅太阳电池片，并发生化学反应生成氧化铝钝化膜。

在该实例中，通过对不同的微波发生器，设定不同的工艺气体流量、微波发生器参数，使得硅片的少子寿命得到了大幅度的提高。采用该方法在化学抛光的p型硅片上制成的氧化铝薄膜，厚度达到18nm～23nm，均匀性达到3.5%（片内）、5.0%（片间）、4.1%（批间），在经过烧结工艺后，平均少子寿命达到250μs。和常规的铝背场电池（少子寿命60μs）相比少子寿命提高了190μs；相比同样采用PECVD设备沉积氧化铝薄膜（片间均匀性>6%，少子寿命150μs），片间均匀性更高，少子寿命提高了100μs。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。