一种太阳能电池的氢钝化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能电池制造技术领域，特别设及一种太阳能电池的氨纯化方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能发电技术是目前最重要的可再生能源技术之一。当下太阳能发电成本仍然 高于传统能源，制约了其大规模的应用。为此，产业界和科学界一直致力于提高太阳能电池 的光电转换效率、降低太阳能电池的制造成本。
[0003] 太阳能发电是基于半导体材料的光伏效应。P型半导体和n型半导体接触形成pn 结，产生强大的内部电场。当光照射半导体时激发产生的电子-空穴被电场分离，被分离的 电子和空穴在半导体基体中扩散到表面被电极收集，从而对外提供电能。因此太阳能电池 对作为基体的半导体材料提出了两个最主要的要求；高纯和高完整。高纯是指半导体材料 中的杂质少；高完整是指半导体材料的晶格完整性高。该是因为半导体中的杂质和晶格缺 陷会使光照产生的电子和空穴复合耗损，导致被收集的载流子数量下降从而使太阳能电池 的光电转换效率降低。
[0004] 按半导体材料划分，太阳能电池可分为晶体娃太阳能电池、化合物太阳能电池、有 机太阳能电池等，其中晶体娃太阳能电池是目前最主流的太阳能电池，占据着近90%的市 场份额。该是由于娃晶体的优异特性导致的，其中一个很重要的特点就是娃晶体容易实现 高纯和高完整该两个要求，例如用于制造太阳能电池的娃晶体纯度高达6个9 W上；容易制 备单晶体的娃（虽然多晶体的娃也被应用于制造太阳能电池）。
[0005] 即使如此，娃晶体中极少量的杂质和缺陷仍然对太阳能电池的性能产生了显著影 响，甚至制约了电池效率的进一步提高。娃晶体中的杂质除了故意渗入的渗杂剂-棚和磯 之外，还包括氧、碳、氮等轻元素杂质（其中棚和氧会形成棚氧复合体，它对电子-空穴具有 高复合活性）W及铁、钻、镶、铭、铜等过渡金属杂质。
[0006] 娃晶体中的缺陷包括本征点缺陷外，特别是指晶界、位错W及晶体表面的娃悬挂 键等。该些杂质和缺陷成为光生电子-空穴的"杀手"，显著降低了少数载流子的寿命从而 降低了太阳能电池的转换效率。
[0007] 晶体娃中的氨元素对太阳能电池有着重要作用。娃中的氨原子具有很强的反应活 性，它能够与轻元素杂质及其复合体反应；与渗杂原子棚、磯反应；与过渡金属杂质反应； 与娃悬挂键结合，富集在晶体表面、晶界、位错区域；甚至与其他氨原子反应形成氨分子等。 因此可W利用氨原子与其他杂质和缺陷的反应来纯化该些复合中屯、的复合活性，提高娃晶 体中少数载流子的寿命。
[000引据公开的文献报道，在娃晶体中引入氨原子的方法如W下：
[0009] (1)在太阳能电池制造过程中利用等离子增强化学气相沉积法（PECVD)沉积氮化 娃薄膜。氮化娃薄膜中富含的氨原子扩散到娃晶体的界面，纯化了界面上的娃悬挂键，显著 降低了娃晶体的表面复合速率。
[0010] (2)氨等离子体处理。通过浸没在氨等离子体中能在娃晶体的近表面引入氨原子。
[0011] 无论是沉积氮化娃薄膜还是氨等离子体处理，但该些方法存在的问题是；只能在 娃晶体近表层（通常小于几微米）引入氨，而无法在基体中引入高浓度的氨原子，所W氨原 子对太阳能电池基体内部的杂质和缺陷的纯化作用非常微弱。
[0012] 如何实现在太阳能电池基体内引入较高浓度的氨原子，最大化地利用其对基体内 杂质和缺陷的纯化作用，在目前还存在很大困难。因此开发一种太阳能电池的氨纯化方法， 对于提高太阳能电池的转换效率具有重要意义。
【发明内容】
[0013] 本发明所要解决的技术问题是；提供一种显著增加太阳能电池基体中氨原子浓度 的方法，利用氨原子对杂质和缺陷的纯化作用来提高电池的转换效率。
[0014] 虽然阳CVD沉积的氮化娃薄膜中含有高浓度的氨原子，浓度可达102icm- 3。该些氨 原子能够有效地纯化娃晶体表面的悬挂键，降低表面复合速率。但是真正扩散进入娃晶体 基体内部的氨原子浓度却非常之低。其原因如附图1所示。
[0015] (1)在太阳能电池制造过程中磯扩散工艺在娃晶体近表层（发射结区域）引入了 大量的磯原子，该些磯原子电离成为磯正离子（P+)。同样氮化娃薄膜中的氨原子也逐渐扩 散到该区域。在重渗的n型发射结区域，氨原子W氨负离子or)的形式存在，该些P+与IT结 合形成PH复合体。也就是说扩散进入娃晶体中的氨原子已被磯原子束缚住。
[0016] 似即使自由的氨负离子继续向体内扩散，它必须穿越空间电荷区。在该区域存在 从n型区指向P型区的强电场。因此r若要越过空间电荷区，必须要积蓄一定的能量越过 势垒qVbi。其中q为单位电荷量，Vm为内建电势。 由于上述两个主要原因，氨原子很难扩散进入半导体的基体中。注意附图1是氨原子 扩散进入太阳电池基体内的示意图，并不反映实际的电池结构尺寸，也不局限本发明仅仅 于Wp型半导体材料作基体的太阳能电池的范围内。
[0017] 针对上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池的氨纯化方法用于改善电池性 能，其特征在于：
[0018] (1)需要将太阳能电池保持在选定的100°C~400°C温度范围中。在一定的温度下 施主-氨复合体（W PH复合体为例）或受主-氨复合体分解重新释放出氨离子。目的在 于在该温度范围内保证太阳能电池中的部分氨元素W自由的氨离子形式存在。为了实现该 目的，所需要温度的温度范围W l〇〇°C为下限、400°C为上限。
[0019] 似与此同时，在太阳能电池的pn结上施加偏压，降低内建电势。目的在于降低氨 离子穿越空间电荷区时所需要跨过的势垒高度，增加越过空间电荷区进入基体中的氨原子 数量。施加在pn结上的偏压V將低了氨离子穿越空间电荷区所需要跨过的势垒高度，即 降低为Vbi-Vp。该将极大地增加越过空间电荷区进入基体中的氨原子数量。
[0020] 本发明的方法所针对的太阳能电池不仅仅包括晶体娃太阳能电池，也包括化合物 太阳能电池例如神化嫁太阳能电池等，因为通过该方法同样可W在神化嫁等化合物太阳能 电池基体内引入大量的氨原子纯化电池基体内的杂质和缺陷。
[0021] 本发明的方法所解决的核屯、是如何增加太阳能电池基体内的氨原子浓度，而不受 限于在电池表面引入氨原子的各种方法，即进入基体内的氨原子既可来自于PECVD沉积氮 化娃薄膜中的游离氨原子，也可W是氨等离子体轰击电池表面所引入的。
[0022] 在本发明需要将太阳能电池保持在一定的温度中。该是因为要保证施主-氨复 合体分解，使氨W独立的氨离子形式存在。该分解过程为热激活过程，温度增加则自由氨 离子的浓度越高。另外氨离子进入基体内是一个长程的扩散过程。而扩散过程同样是一 种热激活过程，温度越高，氨离子的扩散速率越大，它能W更快的速度扩散到基体内的各区 域。因此太阳能电池应在下限为100。上限为400°C的温度范围内。其中下限温度优选为 150°C，更优选温度为200°C。太阳能电池长时间保持在过高的温度下，会对电池表面的电极 性能造成一定的恶化，所W为了保护电池上限温度优选为325°C，更优选温度为250°C。
[0023] 本发明还需要同时在太阳能电池正负极之间施加电压来降低内部电势。例如对 于P型的太阳能电池来说，需要在太阳能电池上施加正向偏压，即所产生的电流从P区流向 n区。所施加的外部电压降低了氨负离子越过空间电荷区的势垒。根据统计物理学理论， 粒子动能的分布遵循玻尔兹曼分布，也就是说只有动能高于势垒qVbi的氨离子才能越过空 间电荷区，该部分高能量氨离子的浓度（[rn可表示为：出1>=出1exp(-qVbi/kT)，其 中出1表示氨离子的总浓度，k为玻尔兹曼系数，T为绝对温度。当施加