用氧化钒对单晶硅表面进行钝化的方法与流程

本发明属于太阳能级硅片的制造技术领域，特别涉及到单晶硅表面钝化问题，通过加入氧化钒(v2o5)来实现硅片的有效钝化，从而提高少数载流子的寿命。

背景技术：

太阳能是最有价值的清洁能源之一，太阳电池作为太阳能应用的最有效途径，一直备受各界关注。目前，单晶硅(c-si)太阳电池由于其较高的转换效率已经成为工业主流。有效的降低生产成本使太阳电池薄片化成为发展的必然趋势，提高转换效率也更是当务之急，这时钝化技术应运而生。即通过在硅太阳电池表面沉积薄膜或利用化学反应等钝化方法降低少数载流子的复合情况，增加太阳电池的短路电流和开路电压，进而达到提高太阳电池光电转换效率的目的。

单晶硅太阳电池的表面钝化在光伏领域占有越来越重要的地位，良好的表面钝化效果是高效率太阳电池的必备条件。硅太阳电池低器件性能的主要原因是器件表面的强的载流子复合作用。硅太阳电池减小表面复合主要有两个有效途径：一个是通过补偿在单晶硅表面处的硅氧键和硅氢键等悬挂键来减少载流子的复合，称为“化学钝化”；另一个是通过降低单晶硅表面处的电子一空穴对数来减少载流子的复合，称为“场效应钝化”。近年来，为了降低单晶硅太阳电池的表面复合，研究人员尝试了多种钝化材料，如：sio2、sin，和alox等；并且已产生了多种表面钝化的方法，聚酯薄膜(nation溶液)钝化，湿化学钝化法(硅片经过80℃的水浴然后用nh4f溶液钝化)，这些方法是非传统方法而且也不太实用。传统方法中热氧化法生长si02膜和pecvd沉积sin薄膜法，但是这些方法都经过高温过程并且硅片在管道内很容易被污染，且生长周期长。其中热氧化法的温度在950-1050℃，pecvd过程也需要350-400℃。因此一些简单快捷的化学钝化方法倍受青睐。

本发明是使用氧化钒(v2o5)粉末作为膜料，用蒸镀的方法将其镀在晶体硅表面，形成一层氧化钒(v2o5)薄膜。蒸镀是使用较早、用途较广泛的气相沉积技术，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用氧化钒对单晶硅表面进行钝化的方法。

为此，本发明采用的技术方案是这样的：用氧化钒对单晶硅表面进行钝化的方法，其特征在于：清洗硅片，得到干净疏水的硅片表面，用氮气吹干；再在硅片表面蒸镀一层氧化钒(v2o5)薄膜；然后在200-250℃下于管式炉中用氮气(n2)进行退火。

本发明的有益效果在于：该方法通过蒸镀的方法将氧化钒(v2o5)粉末沉积在硅片表面，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。使用氧化钒(v2o5)粉末作为新型的硅片表面钝化材料，它价格便宜，薄膜制作工艺简单，开拓了一种新的钝化方法，为硅片钝化工艺的发展做出了贡献。

少子寿命测量结果表明，硅片清洗后有效少子寿命可达到38.41μs。将清洗后的硅片直接蒸镀氧化钒(v2o5)，在表面形成一层～15nm厚的氧化钒(v2o5)薄膜，测得的少子寿命为107.37μs。再将镀有氧化钒(v2o5)薄膜的样品分别在100℃、200℃、250℃、300℃、400℃、500℃下用氮气退火，测得少子寿命分别为91.67μs、180.47μs、152.24μs、58.96μs、7.30μs、4.01μs。

附图说明

图1为硅片在蒸镀氧化钒(v2o5)薄膜后，不同温度退火下的有效少子寿命分布图。曲线s1是rca法清洗，曲线s2是蒸镀氧化钒(v2o5)薄膜，曲线s3在100℃下退火，曲线s4在200℃下退火，曲线s5在250℃下退火，曲线s6在300℃下退火，曲线s7在400℃下退火，曲线s8在500℃下退火。

具体实施方式

本发明所用样品均为面积40mm*40mm，厚190μm的n<100>型单晶非抛光硅片，电阻率为1～5ω·cm。以下将结合具体实施例，进一步阐述本发明的具体内涵。

(一)蒸镀氧化钒薄膜：

1.选取8片n<100>型单晶硅片为样品。

2.对硅片统一进行去损伤层和rca法清洗，每一步之间均用去离子水(diw)超声清洗2min，具体步骤如下：

1)丙酮超声清洗10min；

2)无水乙醇超声清洗10min；

3)配制浓度为25％的koh溶液，80℃水浴加热20min；

4)以(29％)nh4oh:(30％)h2o2:diw＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；

5)以(37％)hcl:(30％)h2o2:diw＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；

6)浸泡于1％hf溶液中180s；

7)氮气吹干放于自然密封袋中；取出一片测其少子寿命。

8)剩下的七片样品放入手套箱中蒸镀氧化钒(v2o5)粉末，速率厚度15nm，基片温度25℃。取出一片测其少子寿命。

3.剩下的六片样品分别放于管式炉中，在100、200、250、300、400、500℃下用氮气退火并测其少子寿命。

(二)少子寿命测量表征：

对于实施例一中的8个样品，均通过用准稳态法(qsspc)测指定少数载流子浓度为1e15cm^-3时的有效少子寿命。表1为使用qsspc测量时设置的参数。

表1测量参数

图1为硅片在蒸镀氧化钒(v2o5)薄膜后，不同温度退火下的有效少子寿命分布图。从图中可得：刚刚清洗完成的硅片(曲线s1)，少子寿命只有38.41μs，蒸镀一层氧化钒(v2o5)薄膜后(曲线s2)，少子寿命达到107.37μs，是原来的2.8倍，钝化效果非常明显；在100℃下氮气退火后(曲线s3)，少子寿命为91.67μs，稍有下降；在200℃下氮气退火后(曲线s4)，少子寿命上升到180.47μs，上升了68％，此时的钝化效果最佳；在250℃下氮气退火后(曲线s5)，少子寿命为152.24μs；接下来随着退火温度的升高，从300℃到500℃(曲线s6、s7、s8)，样品少子寿命迅速减小。

技术特征：

技术总结
本发明公开了用氧化钒对单晶硅表面进行钝化的方法，清洗硅片，得到干净疏水的硅片表面，用氮气吹干；再在硅片表面蒸镀一层氧化钒薄膜；然后在200‑250℃下于管式炉中用氮气进行退火。该方法通过蒸镀的方法将氧化钒粉末沉积在硅片表面，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。

技术研发人员：黄仕华;芮哲;陆肖励
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：2018.12.29
技术公布日：2019.04.19