CN117153950A - 一种低温硼激活方法 - Google Patents
一种低温硼激活方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117153950A CN117153950A CN202311355611.3A CN202311355611A CN117153950A CN 117153950 A CN117153950 A CN 117153950A CN 202311355611 A CN202311355611 A CN 202311355611A CN 117153950 A CN117153950 A CN 117153950A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron
- temperature
- semiconductor film
- hydrogenated
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 105
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 105
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 230000004913 activation Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 35
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 37
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 30
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 25
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 18
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N trimethylborane Chemical compound CB(C)C WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 2
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910010277 boron hydride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 abstract description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000006388 chemical passivation reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 52
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 45
- 230000008569 process Effects 0.000 description 31
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 24
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 8
- 235000013842 nitrous oxide Nutrition 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 7
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001638 boron Chemical class 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H01L31/1804—
-
- H01L31/022425—
-
- H01L31/068—
-
- H01L31/1864—
-
- H01L31/1868—
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种低温硼激活方法。本发明通过在低温（300~900℃）下进行短时快速退火，促使氢元素在氢化掺硼半导体膜层中重新分布，从而实现硼元素的短距离移动（向本征层扩散）。有效避免因高温（温度＞900℃）退火带来的氢元素溢出而引起的氢化掺硼半导体膜层内的缺陷态密度增大的不良影响。本发明的低温硼激活方法有效解决了高温硼激活带来的因硼扩散而引起的选择性隧穿层的化学钝化效果变差的不良影响。本发明从根本上提升了钝化隧穿结构的化学及场效应钝化性能，同时有效保障其与金属电极的良好接触。本发明的低温硼激活方法不仅大大降低电耗，还能降低因高温引起的设备硬件寿命带来的生产成本方面的消耗。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种低温硼激活方法。
背景技术
提效降本是光伏发展永恒的话题，随着太阳能电池技术的发展，p型单晶硅衬底的PERC（Passivated Emitter and Rear Cell）太阳能电池因其结构造成的效率极限已经无法满足光伏技术发展需求。N型隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）太阳能电池因其优异的结构（双面钝化接触结构）拥有28.7%的理论极限效率，成为了替代量产PERC太阳能电池的下一代晶硅太阳能电池结构。n型单晶硅因其较p型单晶硅具有更高的少子寿命、更低的光致衰减的优异特性，成为了TOPCon太阳能电池的硅衬底的首选项。目前，量产TOPCon太阳能电池为单面钝化接触结构，其行业量产效率为25.3%左右，距离理论效率差异仍然较大，因此，对于量产效率的提升技术开发方面仍需继续努力。
对于双面钝化接触结构的TOPCon开发，前人已经做出很多的努力，但从实际结果的反馈来看，结果并不十分理想。主要原因在于p型钝化接触结构即：p型高浓度掺硼半导体/隧穿氧化硅/p型低浓度硼掺杂晶体硅基底这一结构的钝化效果不理想。存在的缺陷主要为：p型掺硼多晶硅薄膜需要经过高温（1000℃左右）长时间退火来激活硼元素，以及促使多晶硅晶粒形成及长大来降低含微量H元素或无H元素钝化的载流子晶界复合。但在退火过程中，因二氧化硅对硼的固溶度高于硅，大量的硼会进入到隧穿氧化硅薄膜中，削弱其对晶体硅表面的化学钝化。而若降低退火温度或退火时间，首先，硼的激活量难以得到满足，致使其与金属电极难以形成良好的欧姆接触；其次，多晶硅薄膜的晶化率以及晶粒大小无法得到保障，又因多晶硅膜层缺少H元素钝化，因此，载流子在掺硼非晶硅中传输过程中的复合会大大增大；最后，高温退火无论是工艺能耗还是设备硬件的使用寿命均成为制约太阳能电池降本的关键因素。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的p型掺硼多晶硅/隧穿氧化硅/晶体硅结构的钝化效果差、难以与金属电极形成良好接触、制备工艺能耗高、影响设备硬件寿命的缺陷，提供了一种低温硼激活方法。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种低温硼激活方法，包括以下步骤：
（S.1）在生长有选择性隧穿层的晶体硅表面沉积一层含氢元素的氢化本征半导体膜层，得到硅片Ⅰ；
（S.2）在步骤（S.1）中得到的硅片Ⅰ表面沉积一层含氢元素且硼掺杂的氢化掺硼半导体膜层，得到硅片Ⅱ；
（S.3）取步骤（S.2）中得到的硅片Ⅱ在300~900℃温度下进行热退火3~10min。
经过进一步探索，本发明人发现，利用氢元素的亚稳态特性，可以促使氢化掺硼半导体膜层里面的硼元素因氢元素的移动而发生化学活性的变化，即产生满足器件性能要求的高浓度活性的硼。本发明通过在低温（300~900℃）下进行快速、短时（3~10min）热退火，促使氢元素在氢化掺硼半导体膜层中重新分布，从而实现硼元素的短距离移动（向本征层扩散）。有效避免因高温（温度＞900℃）退火带来的氢元素溢出而引起的氢化掺硼半导体膜层内的缺陷态密度增大的不良影响。同时，低温短时退火有助于降低杂质浓度，提高材料的纯度以及性能。此外，低温退火可以通过晶体再排列、晶格重组等方式，改善晶体的结构，进一步提高材料的晶体质量。还可以促使掺杂物在晶体中扩散以及激活，提高掺杂效果，从而改善材料的导电性能。另外，本发明的低温硼激活方法有效解决了高温硼激活带来的因硼扩散而引起的选择性隧穿层的化学钝化效果变差的不良影响。
作为优选，所述步骤（S.1）中的氢化本征半导体膜层为非晶态、微晶态中的任意一种。
作为优选，所述步骤（S.2）中的氢化掺硼半导体膜层为非晶态、微晶态中的任意一种。
作为优选，所述步骤（S.1）以及步骤（S.2）中的沉积方式为等离子体增强化学气相沉积、热丝辅助化学气相沉积中的任意一种。
利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、热丝辅助化学气相沉积（热丝CVD）类沉积方式制备出的薄膜厚度均匀、表面性能优异。且PECVD和热丝CVD通常在较低的温度下进行，使得沉积过程对基底材料的热敏感性较低。有助于减少基底材料的热损伤，并拓宽了可用的基底材料范围。同时，可以通过改变沉积条件来调节薄膜的成分、晶体结构以及物理性质，能够实现对硅膜层的掺杂，从而调控硅膜层的导电性能。进一步实现对薄膜性能的精确控制，灵活性增强。此外，PECVD以及热丝CVD具有较高的生长速率，有助于提高大面积的薄膜制备效率，进一步实现大规模工业化生产。另外，相比于其他薄膜制备技术，PECVD以及热丝CVD不需要复杂的设备以及材料，有助于降低生产成本，简化工艺流程。
作为优选，所述步骤（S.1）中的沉积过程采用的气源至少包括硅烷（SiH4）以及氢气。
作为进一步优选，所述步骤（S.1）中的沉积过程采用的气源包括硅烷（SiH4）、氢气以及氩气。
作为优选，所述步骤（S.2）中的沉积过程采用的气源至少包括硅烷、氢气，还包括乙硼烷、三甲基硼中的任意一种。
作为进一步优选，所述步骤（S.2）中的沉积过程采用的气源包括硅烷（SiH4）、氢气、氩气，还包括乙硼烷（B2H6）、三甲基硼中的任意一种。
作为优选，所述步骤（S.3）中进行热退火的退火环境为大气压下，氮气氛围中进行。
作为优选，所述步骤（S.1）中得到的氢化本征半导体膜层的厚度为5~10nm。
作为优选，所述步骤（S.2）中得到的氢化掺硼半导体膜层的厚度为30~100nm。
作为优选，所述步骤（S.1）以及步骤（S.2）中当采用的沉积方式为等离子体增强化学气相沉积时，反应温度为430~450℃；当采用的沉积方式为热丝辅助化学气相沉积时，反应温度为250~280℃。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明利用氢元素的亚稳态特性，促使氢化掺硼半导体膜层里面的硼元素因氢元素的移动而发生化学活性的变化，即产生满足器件性能要求的高浓度活性的硼；
（2）本发明通过在低温（300~900℃）下进行短时快速退火，促使氢元素在氢化掺硼半导体膜层中重新分布，从而实现硼元素的短距离移动（向本征层扩散）。有效避免因高温（温度＞900℃）退火带来的氢元素溢出而引起的氢化掺硼半导体膜层内的缺陷态密度增大的不良影响；
（3）本发明的低温硼激活方法有效解决了高温硼激活带来的因硼扩散而引起的选择性隧穿层的化学钝化效果变差的不良影响；
（4）本发明从根本上提升了钝化隧穿结构的化学及场效应钝化性能，同时有效保障其与金属电极的良好接触；
（5）本发明的低温硼激活方法不仅大大降低电耗，还能降低因高温引起的设备硬件寿命带来的生产成本方面的消耗。
附图说明
图1为双面TOPCon太阳电池结构示意图。
图2为p型钝化接触结构膜层沉积以及快速热退火后示意图。
图3为实施例1中制备的样品的电化学CV测试结果（浓度随腐蚀深度的变化趋势）图。
图4为实施例2中制备的样品的电化学CV测试结果（浓度随腐蚀深度的变化趋势）图。
图5为实施例3中制备的样品的电化学CV测试结果（浓度随腐蚀深度的变化趋势）图。
图6为实施例4中制备的样品的电化学CV测试结果（浓度随腐蚀深度的变化趋势）图。
图7为对比例1中制备的样品的电化学CV测试结果（浓度随腐蚀深度的变化趋势）图。
图中：1为p型硼掺杂晶体硅；2为二氧化硅隧穿层；3为氢化本征半导体膜层；4为氢化掺硼半导体膜层；5为快速热退火后，硼激活扩散均匀分布在3和4中后的掺硼非晶硅层。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种低温硼激活方法，包括以下步骤：
（S.1）将p型硼掺杂晶体硅1衬底放入等离子体增强化学气相沉积（PECVD）机台的炉管内。其中，p型硼掺杂晶体硅1衬底表面的活性硼浓度为8×1018/cm3，炉管工艺温度炉口至炉尾设置为450~430℃。抽真空，之后首先通入笑气，气体流量为8000sccm，压力为150Pa，功率为12000W，工艺时间为150s，在p型硼掺杂晶体硅1表面利用笑气等离子体原位生长一层约为1~2nm厚度的二氧化硅隧穿层2；
（S.2）随后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、氢气（H2）、氩气（Ar），气体流量分别为：2800sccm，8000sccm，4000sccm，压力为280Pa，功率为12000W，工艺时间为180s，在二氧化硅遂穿层2表面沉积一层10nm厚度的氢化本征非晶硅膜层（a-Si:H）3，得到硅片Ⅰ；
（S.3）在步骤（S.2）之后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、乙硼烷（B2H6，其主要气体构成为5%纯B2H6与95%H2的混合气体）、氢气（H2）、氩气（Ar），气体流量分别为：2800sccm，1000sccm，7000sccm，4000sccm，压力为280Pa，功率为15000W，工艺时间为800s，在步骤（S.1）中得到的硅片Ⅰ上的氢化本征非晶硅膜层（a-Si:H）3表面沉积一层65nm厚度的氢化掺硼非晶硅膜层（B:a-Si:H）4，得到硅片Ⅱ；
（S.4）取步骤（S.3）中得到的表面沉积有氢化掺硼非晶硅膜层（B:a-Si:H）4的硅片Ⅱ送入快速热退火炉，退火环境为：氮气氛下，氮气流量为12000sccm，大气压力下，退火工艺温度为900℃，工艺时间为3min，形成最终的硼激活且均匀分布的掺硼非晶硅层5。p型钝化接触结构膜层沉积以及快速热退火后示意图如图2所示。进一步形成的双面TOPCon太阳电池结构示意图如图1所示。对制备的样品利用电化学CV测试仪进行活性硼浓度及其随腐蚀深度分布测试，测试结果如图3所示。
从图3中数据分析可知：经过本方法制备的硼掺杂的p型钝化接触结构的硼元素仅存在于掺硼非晶硅层，表面最高浓度为5.1×1020/cm3，且并未因高温退火而进入到晶体硅体内。另外对制备的样品进行光伏界普遍适用的表征手段Sinton WCT-120少子寿命测试仪进行钝化测试，测试得到暗态饱和电流密度（J0）为8fA/cm2，这一结果说明本发明有效解决了硼激活浓度以及二氧化硅隧穿层因高温退火而引起的化学钝化效果失效的无法良好匹配的矛盾。
实施例2
一种低温硼激活方法，包括以下步骤：
（S.1）将p型硼掺杂晶体硅1衬底放入等离子体增强化学气相沉积（PECVD）机台的炉管内。其中，p型硼掺杂晶体硅1衬底表面的活性硼浓度为8×1018/cm3，炉管工艺温度炉口至炉尾设置为450~430℃。抽真空，之后首先通入笑气，气体流量为8000sccm，压力为150Pa，功率为12000W，工艺时间为150s，在p型硼掺杂晶体硅1表面利用笑气等离子体原位生长一层约为1~2nm厚度的二氧化硅隧穿层2；
（S.2）随后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、氢气（H2）、氩气（Ar），气体流量分别为：2800sccm，8000sccm，4000sccm，压力为280Pa，功率为12000W，工艺时间为135s，在二氧化硅遂穿层2表面沉积一层7.5nm厚度的氢化本征非晶硅膜层（a-Si:H）3，得到硅片Ⅰ；
（S.3）在步骤（S.2）之后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、乙硼烷（B2H6，其主要气体构成为5%纯B2H6与95%H2的混合气体）、氢气（H2）、氩气（Ar），气体流量分别为：2800sccm，1000sccm，7000sccm，4000sccm，压力为280Pa，功率为15000W，工艺时间为370s，在步骤（S.1）中得到的硅片Ⅰ上的氢化本征非晶硅膜层（a-Si:H）3表面沉积一层30nm厚度的氢化掺硼非晶硅膜层（B:a-Si:H）4，得到硅片Ⅱ；
（S.4）取步骤（S.3）中得到的表面沉积有氢化掺硼非晶硅膜层（B:a-Si:H）4的硅片Ⅱ送入快速热退火炉，退火环境为：氮气氛下，氮气流量为12000sccm，大气压力下，退火工艺温度为600℃，工艺时间为6.5min，形成最终的硼激活且均匀分布的掺硼非晶硅层5。对制备的样品利用电化学CV测试仪进行活性硼浓度及其随腐蚀深度分布测试，测试结果如图4所示。
从图4中数据分析可知：经过本方法制备的硼掺杂的p型钝化接触结构的硼元素仅存在于掺硼非晶硅层，表面最高浓度为3.8×1020/cm3，且并未因高温退火而进入到晶体硅体内。另外对制备的样品进行光伏界普遍适用的表征手段Sinton WCT-120少子寿命测试仪进行钝化测试，测试得到暗态饱和电流密度（J0）为7fA/cm2，这一结果说明本发明有效解决了硼激活浓度以及二氧化硅隧穿层因高温退火而引起的化学钝化效果失效的无法良好匹配的矛盾。
本实施例中所沉积的氢化本征非晶硅膜层厚度相对于实施例1中薄2.5nm，氢化掺硼非晶硅膜层厚度相对于实施例1中薄35nm，快速热退火温度较实施例1中温度低300℃，退火时间则长3.5min，所得的掺硼非晶硅层中激活硼浓度低1.4×1020/cm3，尤其距离二氧化硅遂穿层表面的掺硼非晶硅层掺硼浓度较实施例1中低1.8×1020/cm3。原因在于，低温退火下，首先，低温快速退火相对高温快速退火来说，相对亚稳态的H原始移动动能较低，所以造成低温情况下，所产生的活性硼元素浓度相对较低；其次，硼元素由氢化掺硼非晶硅膜层向氢化本征非晶硅膜层扩散相对较难，因此扩散浓度明显降低。但从钝化数据来看，J0低于实施例1，仍满足钝化接触结构的要求。
实施例3
一种低温硼激活方法，包括以下步骤：
（S.1）将p型硼掺杂晶体硅1衬底放入等离子体增强化学气相沉积（PECVD）机台的炉管内。其中，p型硼掺杂晶体硅1衬底表面的活性硼浓度为8.2×1018/cm3，炉管工艺温度炉口至炉尾设置为450~430℃。抽真空，之后首先通入笑气，气体流量为8000sccm，压力为150Pa，功率为12000W，工艺时间为150s，在p型硼掺杂晶体硅1表面利用笑气等离子体原位生长一层约为1~2nm厚度的二氧化硅隧穿层2；
（S.2）随后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、氢气（H2）、氩气（Ar），气体流量分别为：2800sccm，8000sccm，4000sccm，压力为280Pa，功率为12000W，工艺时间为90s，在二氧化硅遂穿层2表面沉积一层5nm厚度的氢化本征非晶硅膜层（a-Si:H）3，得到硅片Ⅰ；
（S.3）在步骤（S.2）之后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、乙硼烷（B2H6，其主要气体构成为5%纯B2H6与95%H2的混合气体）、氢气（H2）、氩气（Ar），气体流量分别为：2800sccm，1000sccm，7000sccm，4000sccm，压力为280Pa，功率为15000W，工艺时间为1230s，在步骤（S.1）中得到的硅片Ⅰ上的氢化本征非晶硅膜层（a-Si:H）3表面沉积一层100nm厚度的氢化掺硼非晶硅膜层（B:a-Si:H）4，得到硅片Ⅱ；
（S.4）取步骤（S.3）中得到的表面沉积有氢化掺硼非晶硅膜层（B:a-Si:H）4的硅片Ⅱ送入快速热退火炉，退火环境为：氮气氛下，氮气流量为12000sccm，大气压力下，退火工艺温度为300℃，工艺时间为10min，形成最终的硼激活且均匀分布的掺硼非晶硅层5。对制备的样品利用电化学CV测试仪进行活性硼浓度及其随腐蚀深度分布测试，测试结果如图5所示。
从图5中数据分析可知：经过本方法制备的硼掺杂的p型钝化接触结构的硼元素仅存在于非晶硅层，表面最高浓度为2×1020/cm3，且并未因高温退火而进入到晶体硅体内。另外对制备的样品进行光伏界普遍适用的表征手段Sinton WCT-120少子寿命测试仪进行钝化测试，测试得到暗态饱和电流密度（J0）为6.8fA/cm2，这一结果说明本发明有效解决了硼激活浓度以及二氧化硅隧穿层因高温退火而引起的化学钝化效果失效的无法良好匹配的矛盾。
本实施例中所沉积的氢化本征非晶硅膜层厚度相对于实施例1中薄5nm，氢化掺硼非晶硅膜层厚度相对于实施例1中厚35nm，快速热退火温度较实施例1中温度低600℃，退火时间则长7min，所得的掺硼非晶硅层中激活硼浓度低3.1×1020/cm3。原因在于，低温退火下，低温快速退火相对高温快速退火来说，相对亚稳态的H原始移动动能较低，所以造成低温情况下，所产生的活性硼元素浓度相对较低。但从钝化数据来看，J0低于实施例1，所以低温退火情况仍满足钝化接触结构的要求。
实施例4
一种低温硼激活方法，包括以下步骤：
（S.1）将p型硼掺杂晶体硅1衬底放入等离子体增强化学气相沉积（PECVD）机台的炉管内。其中，p型硼掺杂晶体硅1衬底表面的活性硼浓度为8×1018/cm3，炉管工艺温度炉口至炉尾设置为450~430℃。抽真空，之后首先通入笑气，气体流量为8000sccm，压力为150Pa，功率为12000W，工艺时间为150s，在p型硼掺杂晶体硅1表面利用笑气等离子体原位生长一层约为1~2nm厚度的二氧化硅隧穿层2；
（S.2）将步骤（S.1）中p型硼掺杂晶体硅1衬底且沉积了1~2nm厚度的二氧化硅隧穿层2的样品放入热丝辅助化学气相沉积（热丝CVD）机台的腔体内。其中，工艺腔内工艺温度为250℃，抽真空，通入硅烷（SiH4）、氢气（H2），气体流量分别为：2800sccm，8000sccm，压力为5Pa，热丝温度为1950℃，工艺时间为120s，在二氧化硅遂穿层2表面沉积一层10nm厚度的氢化本征微晶硅膜层（a-Si:H）3，得到硅片Ⅰ；
（S.3）在步骤（S.2）之后，抽真空，通入硅烷（SiH4）、乙硼烷（B2H6，其主要气体构成为5%纯B2H6与95%H2的混合气体）、氢气（H2），气体流量分别为：2800sccm，1000sccm，7000sccm，压力为5Pa，热丝温度为1950℃，工艺时间为795s，在步骤（S.1）中得到的硅片Ⅰ上的氢化本征微晶硅膜层（a-Si:H）3表面沉积一层65nm厚度的氢化掺硼微晶硅膜层（B:a-Si:H）4，得到硅片Ⅱ；
（S.4）取步骤（S.3）中得到的表面沉积有氢化掺硼微晶硅膜层（B:a-Si:H）4的硅片Ⅱ送入快速热退火炉，退火环境为：氮气氛下，氮气流量为12000sccm，大气压力下，退火工艺温度为900℃，工艺时间为3min，形成最终的硼激活且均匀分布的掺硼微晶硅层5。对制备的样品利用电化学CV测试仪进行活性硼浓度及其随腐蚀深度分布测试，测试结果如图6所示。
从图6中数据分析可知：经过本方法制备的硼掺杂的p型钝化接触结构的硼元素仅存在于微晶硅层，表面最高浓度为5.7×1020/cm3，且并未因高温退火而进入到晶体硅体内。另外对制备的样品进行光伏界普遍适用的表征手段Sinton WCT-120少子寿命测试仪进行钝化测试，测试得到暗态饱和电流密度（J0）为8.2fA/cm2，这一结果说明本发明有效解决了硼激活浓度以及二氧化硅隧穿层因高温退火而引起的化学钝化效果失效的无法良好匹配的矛盾。
本实施例中所选用的沉积氢化本征微晶硅与氢化掺硼微晶硅的设备为热丝CVD，所沉积的厚度及快速退火工艺均相同，所得的掺硼微晶硅层中激活硼浓度较实施例1高6×1019/cm3。原因在于，热丝CVD中，氢的离化程度高于PECVD工艺，氢化本征微晶硅膜层中所含的氢含量高于实施例1。因此，相对亚稳态的H含量较高，相应的，亚稳态H移动所带来的硼激活的密度高于实施例1，但从钝化角度来讲，与实施例1相比，J0略高，主要在于高硼激活浓度对二氧化硅隧穿层的化学钝化有细微影响所致，但仍满足钝化接触结构的要求。
对于250~280℃之间的热丝CVD腔体沉积温度，其所带来的影响为微晶硅的晶粒尺寸大小的变化，对硼的掺杂浓度影响不大，本发明不做更多赘述。
对比例1
本对比例中提供一种传统p型钝化接触结构的硼激活方法，包括以下步骤：
（S.1）将p型硼掺杂晶体硅1衬底放入低压化学气相沉积（LPCVD）机台的炉管内，其中，p型硼掺杂晶体硅1衬底表面的活性硼浓度为8×1018/cm3，炉管工艺温度炉口至炉尾设置为600~590℃，抽真空，之后首先通入氧气。气体流量为15000sccm，压力为1030mTorr，工艺时间为20min，在p型硼掺杂晶体硅1表面利用氧气生长一层约为1~2nm厚度的二氧化硅隧穿层2；
（S.2）随后，升温至600~610℃，抽真空，通入硅烷（SiH4），气体流量为：1200sccm，压力为210mTorr，工艺时间为30min，在二氧化硅遂穿层2表面沉积一层120nm厚度的氢化本征多晶硅膜层（poly-Si）3，得到硅片Ⅰ；
（S.3）在步骤（S.2）之后，将硅片Ⅰ出腔送入硼扩散炉管内，抽真空，升温至890℃，通入三氯化硼（BCl3）、氧气（O2）、氮气（N2），气体流量分别为：200sccm，800sccm，3500sccm，压力为150Pa，工艺时间为600s，在步骤（S.2）中得到的硅片Ⅰ上的氢化本征多晶硅膜层（poly-Si）3表面沉积一层约20nm厚度的掺硼氧化硅（BSG）4，得到硅片Ⅱ；
（S.4）随后，通入氮气，流量为6000sccm，压力为450mbar，抽真空升温至1030℃，当温度稳定为1030℃，停氮气，通入氧气，气体流量为15000sccm，进行高温氧化及硼扩散，工艺时间为20min，形成最终的硼扩散掺硼多晶硅层5。对制备的样品利用电化学CV测试仪进行活性硼浓度及其随腐蚀深度分布测试，测试结果如图7所示。
从图7中数据分析可知：多晶硅区域最高为5.5×1020/cm3，此浓度与实施例1相近，但，多晶硅区域与p型晶体硅区域之间的曲线浓度变化斜率明显变缓，区域变化由120nm至160nm，且160nm处浓度达到了1.5×1019/cm3，而片源表面基础浓度仅为8×1018/cm3，说明在高温工艺扩散过程中，硼源不仅进入了多晶硅中，同时有一定浓度的硼进入到二氧化硅隧穿层中，并一部分从二氧化硅隧穿层进入到p型晶体硅中。而由于二氧化硅对硼的固溶度高于硅，这间接说明存在于二氧化硅隧穿层中的硼浓度要高于p型晶体硅表面的浓度，由此推断二氧化硅隧穿层的化学钝化可能被其中掺入的硼元素破坏。进一步地，随后对样品进行光伏界普遍适用的表征手段Sinton WCT-120少子寿命测试仪进行钝化测试，测试得到制备的样品的暗态饱和电流密度（J0）为15fA/cm2，这一结果说明上述推断结果是正确的，这一比对说明，实施例1的低温硼激活方案更适用于p型钝化隧穿结构的硼激活。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低温硼激活方法，其特征在于，包括以下步骤：
（S.1）在生长有选择性隧穿层的晶体硅表面沉积一层含氢元素的氢化本征半导体膜层，得到硅片Ⅰ；
（S.2）在步骤（S.1）中得到的硅片Ⅰ表面沉积一层含氢元素且硼掺杂的氢化掺硼半导体膜层，得到硅片Ⅱ；
（S.3）取步骤（S.2）中得到的硅片Ⅱ在300~900℃温度下进行热退火3~10min。
2.根据权利要求1所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.1）中的氢化本征半导体膜层为非晶态、微晶态中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.2）中的氢化掺硼半导体膜层为非晶态、微晶态中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.1）以及步骤（S.2）中的沉积方式为等离子体增强化学气相沉积、热丝辅助化学气相沉积中的任意一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.1）中的沉积过程采用的气源至少包括硅烷以及氢气。
6.根据权利要求1或3所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.2）中的沉积过程采用的气源至少包括硅烷、氢气，还包括乙硼烷、三甲基硼中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.3）中进行热退火的退火环境为：大气压下，氮气氛围中进行。
8.根据权利要求1或2所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.1）中得到的氢化本征半导体膜层的厚度为5~10nm。
9.根据权利要求1或3所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.2）中得到的氢化掺硼半导体膜层的厚度为30~100nm。
10.根据权利要求1所述的一种低温硼激活方法，其特征在于，所述步骤（S.1）以及步骤（S.2）中当采用的沉积方式为等离子体增强化学气相沉积时，反应温度为430~450℃；当采用的沉积方式为热丝辅助化学气相沉积时，反应温度为250~280℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311355611.3A CN117153950B (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种低温硼激活方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311355611.3A CN117153950B (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种低温硼激活方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117153950A true CN117153950A (zh) | 2023-12-01 |
| CN117153950B CN117153950B (zh) | 2024-10-22 |
Family
ID=88901007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311355611.3A Active CN117153950B (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种低温硼激活方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117153950B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090253225A1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-08 | Commissariat A L' Energie Atomique | Method of processing a semiconductor substrate by thermal activation of light elements |
| US20110284068A1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-11-24 | Solexel, Inc. | Passivation methods and apparatus for achieving ultra-low surface recombination velocities for high-efficiency solar cells |
| CN102804392A (zh) * | 2009-06-22 | 2012-11-28 | 国际商业机器公司 | 半导体光学检测器结构 |
| WO2015006247A1 (en) * | 2013-07-07 | 2015-01-15 | Solexel, Inc. | Surface passivation of high-efficiency crystalline silicon solar cells |
| US20150101662A1 (en) * | 2010-04-23 | 2015-04-16 | Solexel, Inc. | Surface passivation of high-efficiency crystalline silicon solar cells |
| WO2016068711A2 (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | Technische Universiteit Delft | Back side contacted wafer-based solar cells with in-situ doped crystallized silicon oxide regions |
| CN114823969A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-29 | 湖南红太阳光电科技有限公司 | 一种提升钝化接触结构性能的低温氢等离子体辅助退火方法和TOPCon太阳能电池 |
-
2023
- 2023-10-19 CN CN202311355611.3A patent/CN117153950B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090253225A1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-08 | Commissariat A L' Energie Atomique | Method of processing a semiconductor substrate by thermal activation of light elements |
| CN102804392A (zh) * | 2009-06-22 | 2012-11-28 | 国际商业机器公司 | 半导体光学检测器结构 |
| US20110284068A1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-11-24 | Solexel, Inc. | Passivation methods and apparatus for achieving ultra-low surface recombination velocities for high-efficiency solar cells |
| US20150101662A1 (en) * | 2010-04-23 | 2015-04-16 | Solexel, Inc. | Surface passivation of high-efficiency crystalline silicon solar cells |
| WO2015006247A1 (en) * | 2013-07-07 | 2015-01-15 | Solexel, Inc. | Surface passivation of high-efficiency crystalline silicon solar cells |
| WO2016068711A2 (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | Technische Universiteit Delft | Back side contacted wafer-based solar cells with in-situ doped crystallized silicon oxide regions |
| CN114823969A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-29 | 湖南红太阳光电科技有限公司 | 一种提升钝化接触结构性能的低温氢等离子体辅助退火方法和TOPCon太阳能电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117153950B (zh) | 2024-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080000521A1 (en) | Low-temperature doping processes for silicon wafer devices | |
| CN108336184A (zh) | 一种隧穿氧钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法 | |
| CN111341649A (zh) | 一种n型太阳能电池硼扩散方法 | |
| TW201030854A (en) | Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device and semiconductor device manufacturing installation | |
| CN115000246B (zh) | P型钝化接触电池制备方法及钝化接触电池 | |
| CN115692545A (zh) | 一种提升PECVD路线N型TOPCon电池多晶硅活性磷掺杂浓度的方法 | |
| US20030030052A1 (en) | Crystalline silicon thin film semiconductor device, crystalline silicon thin film photovoltaic device, and process for producing crystalline silicon thin film semiconductor device | |
| CN113903833A (zh) | 一种TOPCon电池LPCVD工艺 | |
| CN112002778B (zh) | 硅异质结太阳能电池及其制作方法 | |
| WO2023092977A1 (zh) | 制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池 | |
| CN117153950B (zh) | 一种低温硼激活方法 | |
| CN112186067B (zh) | 一种掺杂氮硅化物薄膜钝化接触结构的制备方法及其应用 | |
| CN117457777A (zh) | 一种太阳能电池及其制备方法与应用 | |
| WO2011047455A1 (en) | Controlled low temperature growth of epitaxial silicon films for photovoltaic applications | |
| CN115513338A (zh) | 钝化接触结构及其制备方法、及其在窗口层的应用，太阳能电池及其制备方法和光伏组件 | |
| CN111477696B (zh) | 一种基于钝化接触的太阳能电池片及其制备方法 | |
| US7629236B2 (en) | Method for passivating crystal silicon surfaces | |
| CN113555468A (zh) | 一种提升n型硅片硼扩散方阻均匀性的工艺 | |
| CN118448478B (zh) | 一种TOPCon电池及其制备工艺 | |
| CN118712242A (zh) | 一种隧穿氧化物钝化接触结构及其制备方法 | |
| CN118156361A (zh) | 一种增强背面钝化的n型电池的制备方法 | |
| CN115810677A (zh) | 钝化接触结构及其制备方法、太阳电池 | |
| CN118763138A (zh) | 太阳能电池及其制备方法 | |
| CN117248199A (zh) | 一种防止爆膜的pecvd沉积非晶硅的方法 | |
| CN118352408A (zh) | 一种基于硼掺杂多晶硅复合膜层的钝化接触结构及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |