一种低反射率的氧化铝钝化膜的制备方法与流程

本公开涉及半导体，具体涉及一种氧化铝钝化膜的制备方法，尤其是一种低反射率的氧化铝钝化膜的制备方法。

背景技术：

1、由于持续地降低生产成本和提高电池效率的要求，硅基太阳能电池的表面钝化就变得越来越必要了。目前，通过高质量的表面钝化技术提高硅基太阳能电池效率已成为一个工业标准，一直是该领域的研究热点。

2、在众多的太阳能电池钝化膜材料中，氧化铝由于其界面处存在的大量固定负电荷和低的界面态密度，退火后其优异场效应钝化及化学钝化作用认为是太阳能电池天然的表面钝化材料。

3、ald（原子层沉积）工艺是一种通过气相沉积方式将原子层材料沉积在衬底表面的薄膜工艺，以前驱物质和可控的反应条件一层一层地沉积出膜层。ald的自限制性和互补性使得该技术对薄膜的成分和厚度具有出色的控制能力，所制备的薄膜保形性好、纯度高且均匀。因此，采用ald沉积氧化铝钝化层，是目前常用的工艺。

4、但是ald也存在一定的缺陷，例如沉积速度慢，效率低。所以，目前关于ald工艺沉积氧化铝薄膜，通常关注其效率问题，以及其本身的钝化效果，例如cn110760818a公开的一种用原子层沉积技术生长氧化铝的工艺，以三甲基铝为铝源，以臭氧为氧源，氮气为载气，衬底为硅片，设置原子层沉积系统反应腔温度为320℃～380℃，制备氧化铝薄膜，本工艺使得温度升高，既可以提高氧化铝薄膜的生长速率，又不会因为温度过高而降低薄膜的质量。例如cn114420790a公开的一种基于ald工艺制备叠层氧化铝膜层的方法，将生长基片送入腔体，然后以al(ch3)3)与o3、al(ch3)3)与h2o为生长源，采用交替脉冲的方式在生长基片的表面生长叠层氧化铝膜层。利用原子层沉积技术(即ald工艺)，采用o3或h2o分别作为前驱体源，且优先使用o3为前驱源制得了性能优异的叠层氧化铝膜层，与现有技术中的单层氧化铝膜层相比，更大化的降低氧化铝的界面态密度，提升了退火后氧化铝的固定负电荷密度，进而提高了其化学钝化及场钝化的作用，使其能够满足一些高效硅材料太阳能电池的钝化要求。

5、而对于氧化铝钝化膜，除了其本身的钝化功能，其还被期望能够具有降低反射率的功能，这样可以减少太阳光的反射损失，显著提高太阳能电池的电池转化效率。“李想，原子层沉积al2o3钝化太阳能晶体硅表面的研究[d]，湖南大学”中关于氧化铝钝化膜对反射率的影响进行了研究，研究氧化铝钝化膜的厚度与反射率的关系，显示，沉积 30nm和 70nm的al2o3薄膜可以使织构化硅片表面的平均反射率从 14.2%分别降低到 10.6%和 4.2%，降幅达25%~70%，减反射作用明显。而沉积100nm al2o3薄膜硅片则将织构化硅片表面的平均反射率从 14.2%降低到 2.8%，降幅高达80%。

6、可见，要降低反射率，目前的方式是增加al2o3薄膜的厚度，但是增加al2o3薄膜的厚度，不仅增加了制作成本，而且延长了工艺时长，制作效率降低。因此，需要更高效低成本的方式来降低al2o3薄膜的反射率。

技术实现思路

1、本公开的目的是提高一种低反射率的氧化铝钝化膜的制备方法，相较于现有技术，具有成本上的优势，而且具有更优的生产效率。

2、本公开采用如下的技术方案：

3、一种低反射率的氧化铝钝化膜的制备方法，包括如下步骤：

4、s-1.提供衬底，送入反应腔室；

5、s-2.向反应腔室内通入三甲基铝，同时，以变化的压力通入惰性气体；

6、s-3.向反应腔室内通入氮气，吹扫反应腔室；

7、s-4.向反应腔室内通入水，同时，以变化的压力通入惰性气体；

8、s-5.向反应腔室内通入氮气，吹扫反应腔室；

9、步骤s-2至步骤s-5形成一个循环，重复该循环，得到低反射率的氧化铝薄膜。

10、本公开的上述技术方案中，在通入三甲基铝和水的同时，以变化的压力通入惰性气体，改变三甲基铝和水的流动，以引入表面扰动，增加氧化铝钝化层的粗糙度，从而降低所形成氧化铝钝化膜的反射率。

11、上述方案中，惰性气体是在通入反应物的同时通入，并没有额外延长工艺的时长，不会增加工艺的时间成本，有利于保证生产效率。

12、作为上述技术方案的优选，步骤s-2中，惰性气体以压力值为0.03torr~0.05torr、1s~3s，0.06torr~0.08torr、1s~3s为一个周期，循环持续通入。现有技术中，在钝化膜的形成过程中，都关注膜形成的均匀度，多在研究如何保证反应腔室内气体、温度的均匀度，从而形成表面光滑、平整的钝化膜。这是因为，通常认为高表面粗糙度的钝化膜可能会影响钝化效果。一方面认为高表面粗糙度会增加钝化膜的表面积，导致更多的光被吸收而不是被反射，有可能减少光的透过率，从而降低太阳能电池的光电转换效率。另一方面认为高表面粗糙度可能导致电子和空穴在表面陷阱和缺陷处发生更多的再组合，这可能会增加钝化膜的暗电流，降低电池的效率和稳定性。因此，需要控制合适的表面粗糙度，来平衡钝化膜的钝化效果和反射效果。本公开方案中，通过控制惰性气体的进气压力和时间，在钝化膜的形成过程中引入合适的表面扰动，可以获得合适的表面粗糙度，惰性气体在该压力值和时间范围内周期条件下，所获得的氧化铝钝化膜具有低的反射率。

13、作为上述技术方案的优选，步骤s-2中，惰性气体以压力值为0.03torr~0.05torr、1s~3s，停止通入1s~3s为一个周期，循环持续通入。经过实验研究，控制惰性气体的进气压力和时间在该方案中的范围内，也可以获得低反射率的氧化铝钝化膜。

14、作为上述技术方案的优选，步骤s-4中，惰性气体以压力值为0.01torr~0.03torr、2s~5s，压力值为0.04torr~0.05torr、2s~5s为一个周期，循环持续通入。

15、作为上述技术方案的优选，步骤s-4中，惰性气体的通入方向与衬底表面呈5-8°的夹角。

16、惰性气体的通入方向，也会影响氧化铝膜形成的钝化和反射效果，本公开对通入角度的研究发现，s-2中惰性气体的通入方向对氧化铝膜性能的影响较小，不足以引起显著性的变化。但是s-4中惰性气体的通入方向对氧化铝膜性能的影响比较显著，当低于5°，反射率的降低不显著，超过8°，虽然反射率降低更多，但是会钝化效果受到影响。

17、作为上述技术方案的优选，在步骤s-5之后，通入少量氨气，发现，在形成氧化铝之后，通入少量的氨气，能够明显降低反射率，推测可能是因为氨气可以与氧化物表面反应形成氧化铝氮化物（aln）或氮化铝（alnx），改变氧化铝钝化层的表面形貌，从而改变了表面的粗糙度。

18、作为上述技术方案的优选，氨气的通入流量为100~150sccm，通入时间为4~8s。

19、作为上述技术方案的优选，步骤s-2和步骤s-4中的惰性气体，各自独立为氮气、氩气中的任一种。作为上述技术方案的优选，s-2中，通入三甲基铝的脉冲时长为2~7s，脉冲气压为10~30torr。

20、作为上述技术方案的优选，s-4中，通入水的脉冲时长为10~30s，脉冲气压为30~50torr。

21、通过实施上述技术方案，本公开的有益效果如下：

22、1.本公开记载的技术方案，在通入三甲基铝和水的同时，以变化的压力通入惰性气体，改变三甲基铝和水的流动，以引入表面扰动，增加氧化铝钝化层的粗糙度，从而降低所形成氧化铝钝化膜的反射率。

23、2.本公开的制备方法，获得更低反射率的氧化铝钝化膜，具有成本上的优势，而且具有更优的生产效率。