一种晶硅电池正表面氧化膜的制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种晶硅电池正表面氧化膜的制备方法。

背景技术：

传统能源的开掘和使用在过去的许多年为全球发展做出了重大贡献，但是，这类能源普遍具有不可再生性，无节制的使用必然会造成能源枯竭。因此，可再生新能源的开发和利用越来越受到人们的关注，太阳能是一种新型的、来源广泛的绿色能源，如何实现太阳能的高效利用也是全球近年来研究开发的重点方向。

晶硅电池是目前来看唯一深度产业化的一类太阳能电池，但是晶硅电池的发电成本仍高于传统煤炭，为了降低其发电成本，需要进一步优化其生产工艺并努力提高其光电效率。提高晶硅电池光电转换效率的方法有多种，但综合考虑成本、效率等因素，可成功应用于大规模生产的技术并不多。

降低光在晶硅电池表面的反射损耗是制备高效晶硅电池的有效途径之一，而减少光损耗的方法通常可以从两个方面进行改进：(1)将硅片正表面改性为凹凸不平的平面，即在硅片表面进行制绒；(2)在晶硅电池正表面制备减反射膜；目前，产业化晶硅电池通常采用等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)制备氮化硅(sinx:h)单层减反射膜。

晶硅电池的光电效率不仅与入射光量有关，同时还与其少子寿命有关。少子寿命可分为体寿命和表面寿命，体寿命与硅片原材料有关，而表面寿命通常与硅片表面的镀膜成分有关。因此，减反射膜不仅需要具有入射光减反射功能，同时还要具有表面钝化功能，以此提高晶硅电池少子寿命，进而提高晶硅电池的光电效率。在此基础上经过深入研究后又发现在晶硅电池正表面制备双层减反射膜可进一步提高晶硅电池效率，如制备不同厚度和折射率的氮化硅双层膜、tio2/氮化硅双层膜、氮化硅/sio2双层膜等。其中，由于sio2与硅片之间具有较好的晶格匹配度、复合中心较少、钝化效果优异，氮化硅/sio2双层膜被广泛应用于高效晶硅电池制备工艺中。

目前，sio2膜制备方法有两种：(1)高温炉氧化；(2)臭氧氧化；前一种方法需要通过800℃左右高温氧化，在硅片表面制备氧化硅掩膜，高温氧化会导致硅片表面杂质向硅片内部扩散，在硅片内部形成复合中心，降低硅片的少子寿命，从而影响电池光电转换效率。同时高温氧化会消耗大量能量。而后一种方法的不足之处在于，臭氧氧化能力有限，其氧化势为2.07ev，需要高浓度臭氧氧化，而且氧化层比较薄，减反射膜钝化效果有限。

综上所述，研发一种新的安全、经济、方便的制备二氧化硅膜的方法，具有显著的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种晶硅电池正表面氧化膜的制备方法，利用大气压等离子体放电在硅片正表面制备氧化膜，为提高晶硅电池效率和降低成本提供了一条新路径，很好解决晶硅电池双层膜制备难的问题。

本发明的技术方案为：提供一种晶硅电池正表面氧化膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)硅片刻蚀清洗；

(2)对刻蚀清洗后的硅片正表面进行大气压等离子体放电，得到不同厚度的二氧化硅膜；

(3)在表面镀二氧化硅膜的硅片表面采用pecvd法制备氮化硅膜。

进一步地，步骤2中进行大气压等离子体放电的时间为2～5min，高频激励电源频率为5～10khz，高频电压为10～40kv。

进一步地，步骤2中所述的大气压等离子体放电类型包括电晕放电、射流放电和介质阻挡放电。

本发明的有益效果为：

(1)本发明是通过大气压等离子体放电产生的电子、o3、no、no2、氧化势为2.72ev的·oh、hno3等氧化硅片表面形成硅片正表面的二氧化硅膜的，方法简单、操作便捷；

(2)大气压等离子体放电产生二氧化硅的过程可在室温空气条件下进行，无需高温氧化，能耗低，同时避免硅片在高温氧化中被污染。

附图说明

图1是臭氧氧化制备二氧化硅膜的工艺路线图；

图2是高温氧化制备二氧化硅膜的工艺路线图；

图3是本发明公开的通过大气压等离子体放电制备二氧化硅膜的工艺路线图

图4是大气压等离子体射流放电装置的示意图；

图5是大气压等离子体电晕放电装置的示意图；

图6是大气压等离子体介质阻挡放电装置的示意图；

图7是在硅片正表面制备二氧化硅膜的过程示意图。

其中，4-1、高压激励电源，4-2、硅片，4-3、压缩空气，4-4、气体质量流量计，4-5、手动阀，4-6、去离子水，4-7、气管，4-8、绝缘密封塞，4-9、电极1，4-10、电极2，4-11、绝缘介质；

5-1、高压激励电源一，5-2、硅片一，5-3、压缩空气一，5-4、气体质量流量计一，5-5、手动阀一，5-6、去离子水一，5-7、绝缘陶瓷，5-8、玻璃管，5-9、金属针电极；

6-1、高压电源，6-2、加工物件，6-3、气源，6-4、电极，6-5、绝缘介质管，6-6、雾化喷嘴，6-7、锥形水雾，6-8、等离子体水雾，6-9、水槽，6-10、滚轮，6-11、液泵，6-12、流量计；

7-1、硅片二，7-2、pn结，7-3金字塔结构，7-4、二氧化硅膜。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

本发明实施例中所涉及到的相关反应原理如下：

大气压等离子体放电包括射流放电、电晕放电或介质阻挡放电三种放电方式。装置主要由高压气源、气体质量流量计、高频激励电源系统、电极等单元组成。

附图4为大气压等离子体射流放电装置的示意图，高压气体通过气体质量流量计控制通入等离子体射流放电反应器中，气体在高频激励电源作用下，产生活性粒子；活性粒子在高气压作用下注入被处理物硅片表面，从而实现对加工对象材料表面的处理。

附图5为大气压等离子体电晕放电装置的示意图，被处理硅片作为接地电极与针状高电压金属针电极之间形成电晕放电，而压缩空气将电晕放电过程中形成的活性粒子注入到硅片表面，从而形成对硅片表面的改性。

附图6为大气压等离子体介质阻挡放电装置的示意图，高电压电极与接地电极之间存在绝缘介质阻挡层，在外加高压激励电源作用下，绝缘介质阻挡层会产生均匀介质阻挡放电，而介质阻挡放电过程中会产生大量活性粒子，硅片置于介质阻挡放电底部，放电所产生的活性粒子会对硅片表面进行改性。

大气压等离子体放电过程中会发生电子碰撞、光解和二次反应。由于等离子体内的电子平均能量在1～10ev，电子所具有的能量可以直接分解空气中的h2o水分子和o2分子，激发的氧原子生成o3，同时可以激发氮气分子，具体反应如式(1)～(4)所示：

e^ˉ+h2o→e^ˉ+·h+·oh(1)

e^ˉ+o2→2·o+e^ˉ(2)

·o+o2→o3(3)

e^ˉ+n2→2·n+e^ˉ(4)

激发态的o原子可以与氮气发生反应生成一氧化氮、氮原子自由基或者二氧化氮等，具体反应如式(5)和(6)所示：

o+n2→no+n(5)

n+2o→n2o(6)

o3、电子、no和no2等都具有较强氧化性，会与硅反应生成二氧化硅，所涉及到的反应如式(7)～(11)所示。过程如附图6所示，大气压等离子体将硅片正面改性为二氧化硅。

si+4·oh→sio2+2h2o(7)

·o+si→sio2(8)

si+2o3→sio2+2o2(9)

4no+3o2+2h2o→4hno3(10)

si+2hno3→sio2+2hno2(11)

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步描述

实施例1：

(1)硅片刻蚀清洗；

(2)对刻蚀清洗后的硅片正表面进行大气压等离子体射流放电，得到不同厚度的二氧化硅膜，时间2min，高频激励电源频率为5khz，高频电压为40kv；

(3)在表面镀二氧化硅膜的硅片表面采用pecvd法制备氮化硅膜。

实施例2：

(1)硅片刻蚀清洗；

(2)对刻蚀清洗后的硅片正表面进行大气压等离子体电晕放电，得到不同厚度的二氧化硅膜，时间5min，高频激励电源频率为10khz，高频电压为10kv；

(3)在表面镀二氧化硅膜的硅片表面采用pecvd法制备氮化硅膜。

实施例3：

(1)硅片刻蚀清洗；

(2)对刻蚀清洗后的硅片正表面进行大气压等离子体介质阻挡放电，得到不同厚度的二氧化硅膜，时间3min，高频激励电源频率为8khz，高频电压为30kv；

(3)在表面镀二氧化硅膜的硅片表面采用pecvd法制备氮化硅膜。

实施例4：

(1)硅片刻蚀清洗；

(2)对刻蚀清洗后的硅片正表面进行大气压等离子体介质阻挡放电，得到不同厚度的二氧化硅膜，时间4min，高频激励电源频率为6khz，高频电压为20kv；

(3)在表面镀二氧化硅膜的硅片表面采用pecvd法制备氮化硅膜。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。