CN108389914A - 一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用，具体地，本发明公开了一种用于制备太阳能电池的载流子钝化隧穿薄膜的用途，所述薄膜含有五氧化二钽(Ta₂O₅)。本发明还提供了一种用于制备太阳能电池的载流子传输结构及其制备方法。本发明提供的载流子钝化隧穿薄膜克服了氧化硅作为钝化隧穿层在钝化接触异质结电池应用方面的缺点。

Description

一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体地，本发明涉及一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用。

背景技术

近年来，隧穿氧钝化接触晶硅太阳电池(英文也称TOPCon或POLO电池)已经成为国际光伏领域的热点，该电池是一种通过氧化硅和掺杂多晶硅实现全面积高效钝化和载流子收集的电池器件，其器件结构如图1所示。

与常规的晶硅太阳电池相比，隧穿氧钝化接触晶硅太阳电池结构上主要增加了氧化硅钝化隧穿层和多晶硅载流子收集层两个特征功能层，形成电子或空穴选择性传输结构。而且，隧穿氧钝化接触晶硅电池的两个特征功能层可以采用高温制备工艺，与现有的晶硅电池生产制造工艺兼容。因此，隧穿氧钝化接触晶硅电池在产业化应用方面是非常有前途的。

然而，氧化硅作为钝化隧穿层仍有与硅之间形成的带阶过大，厚度需低于2nm等缺陷难以克服，从而影响了该结构电池潜力的充分发挥。

因此，开发一种新型的性能更优异的钝化隧穿层材料对提高隧穿氧钝化接触晶硅太阳电池性能具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钝化隧穿层材料。

本发明的目的还在于提供一种钝化隧穿层材料的制备方法和应用。

本发明第一方面提供了一种载流子钝化隧穿薄膜的用途，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述薄膜用于制备太阳能电池。

在另一优选例中，所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池。

在另一优选例中，所述载流子钝化隧穿薄膜的厚度为0.5-5nm；较佳地，为1-2.5nm。

在另一优选例中，所述载流子为电子或空穴。

在另一优选例中，所述载流子钝化隧穿薄膜的制备方法包括：采用磁控溅射(Sputter)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热蒸发(Thermal Evaporator)、电子束蒸发(E-beam Evaporator)、低压化学气相沉积(LPCVD)或原子层沉积(ALD)方法，在硅片上沉积五氧化二钽(Ta₂O₅)，从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。

在另一优选例中，采用原子层沉积(ALD)法沉积五氧化二钽(Ta₂O₅)。

在另一优选例中，所述制备方法采用原子层沉积(ALD)，包括如下步骤：

(a)在载有硅片的真空腔体中，通入含钽(Ta)前驱体分子的气体；

(b)通入惰性气体；

(c)通入含氧(O)前驱体分子的气体；

(d)通入惰性气体；

从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。

在另一优选例中，所述惰性气体选自下组：氮气、氩气或其组合。

在另一优选例中，所述含氧(O)前驱体分子选自下组：H₂O、O₃或其组合。

在另一优选例中，所述硅片为n型或p型。

在另一优选例中，所述硅片为电阻率为0.5-10Ω·cm的单晶硅片。

在另一优选例中，步骤(a)中，真空腔体的压力低于10^-2Torr。

在另一优选例中，步骤(a)中，通入时间为0.5-5秒；较佳地，为1秒。

在另一优选例中，步骤(b)中，通入时间为10-60秒；较佳地，为20-35秒。

在另一优选例中，步骤(b)中，惰性气体的流量为50-200sccm；较佳地，为80-120sccm。

在另一优选例中，步骤(c)中，通入时间为0.5-5秒；较佳地，为1秒。

在另一优选例中，步骤(d)中，通入时间为10-60秒；较佳地，为20-35秒。

在另一优选例中，步骤(d)中，惰性气体的流量为50-200sccm；较佳地，为80-120sccm。

在另一优选例中，所述步骤(a)-(d)在50-500℃下进行。

在另一优选例中，所述步骤(a)-(d)在150-250℃下进行。

在另一优选例中，依次重复步骤(a)-(d)1-200次。

在另一优选例中，依次重复步骤(a)-(d)1-100次。

在另一优选例中，所述含Ta前驱体分子选自下组：甲醇钽、乙醇钽、丙醇钽、异丙醇钽、丁醇钽、四乙氧基乙酰丙酮钽、三氟乙醇钽、氯化钽、碘化钽，或其组合。

本发明第二方面提供了一种载流子传输结构，所述载流子传输结构包含或由以下组成：载流子钝化隧穿层和掺杂多晶硅层；其中，所述载流子钝化隧穿层含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面。

在另一优选例中，所述载流子钝化隧穿层的厚度为0.5-5nm；较佳地，为1-2.5nm。

在另一优选例中，所述载流子为电子或空穴。

在另一优选例中，所述的掺杂多晶硅层为掺硼多晶硅薄膜或掺磷多晶硅薄膜。

在另一优选例中，所述的掺杂多晶硅层的厚度为20-100nm；较佳地，为30-50nm。

在另一优选例中，所述掺杂多晶硅层为掺磷多晶硅薄膜，则所述载流子传输结构选择性传输电子。

在另一优选例中，所述掺杂多晶硅层为掺硼多晶硅薄膜，则所述载流子传输结构选择性传输空穴。

本发明第三方面提供了本发明第二方面所述的载流子传输结构的制备方法，所述方法包括步骤：

(a1)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。

在另一优选例中，所述的载流子钝化隧穿层的制备方法同前所述。

在另一优选例中，所述载流子传输结构的制备方法包括如下步骤：在载有所述的载流子钝化隧穿层的真空腔体中，通入含硅前驱体分子和含掺杂元素的前驱体分子的气体，从而形成含有掺杂元素的非晶硅层；对含有掺杂元素的非晶硅层进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。

在另一优选例中，所述含硅前驱体分子为SiH₄。

在另一优选例中，所述含掺杂元素的前驱体分子为PH₃或B₂H₆。

在另一优选例中，所述退火处理的温度为400-900℃。

在另一优选例中，所述退火处理的时间为10-40min。

本发明第四方面提供了本发明第二方面所述的载流子传输结构的用途，用于制备太阳能电池。

在另一优选例中，所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池。

本发明第五方面提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包含以下部分：载流子钝化隧穿层、掺杂多晶硅层以及电极层；其中，所述载流子钝化隧穿层含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面；所述电极层包覆在所述掺杂多晶硅层的表面。

在另一优选例中，所述电极层部分或全面包覆在所述掺杂多晶硅层的表面。

本发明第六方面提供了本发明第五方面所述的太阳能电池的制备方法，所述方法包括步骤：

(a)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构；和

(b)在步骤(a)得到的载流子传输结构表面沉积电极层，从而形成所述的太阳能电池。

在另一优选例中，所述的载流子钝化隧穿层的制备方法同前所述。

在另一优选例中，所述步骤(b)中，在沉积电极层之前，还包括在步骤(a)得到的载流子传输结构的硅片前表面发射极上沉积第二钝化层。

在另一优选例中，所述前表面为相对于钝化隧穿层的硅片的另一个表面。

在另一优选例中，所述第二钝化层选自下组：氮化硅层、氧化铝层、或其组合。

在另一优选例中，当硅片前表面发射极为n⁺型时，所述第二钝化层为氮化硅层。

在另一优选例中，当硅片前表面发射极为p⁺型时，所述第二钝化层为氮化硅层和氧化铝层。

本发明还提供了本发明所述的太阳能电池的用途，用于光伏发电。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1显示了TOPCon电池结构示意图。

具体实施方式

本发明人通过广泛而深入的研究，首次意外地发现采用五氧化二钽材料作为钝化隧穿层，可以克服针对氧化硅作为钝化隧穿层在钝化接触异质结电池应用方面的缺点。在此基础上完成了本发明。

载流子钝化隧穿薄膜

本发明提供了一种载流子钝化隧穿薄膜，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述薄膜用于制备太阳能电池或本发明的载流子传输结构。

所述太阳能电池可为晶体硅太阳能电池。

所述载流子钝化隧穿薄膜的厚度可为0.5-5nm；较佳地，为1-2.5nm。

所述载流子可为电子或空穴。

所述载流子钝化隧穿薄膜的制备方法可包括步骤：采用磁控溅射(Sputter)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热蒸发(Thermal Evaporator)、电子束蒸发(E-beamEvaporator)、低压化学气相沉积(LPCVD)或原子层沉积(ALD)方法，在硅片上沉积五氧化二钽(Ta₂O₅)，从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。

所述载流子钝化隧穿薄膜的制备方法可包括如下步骤：

(a)在载有硅片的真空腔体中，真空腔体的压力低于10^-2Torr，通入含钽(Ta)前驱体分子的气体；其中，通入时间为0.5-5秒；较佳地，为1秒；

(b)通入惰性气体；其中，通入时间为10-60秒；较佳地，为20-35秒；惰性气体的流量为50-200sccm；较佳地，为80-120sccm；

(c)通入含氧(O)前驱体分子的气体；其中，通入时间为0.5-5秒；较佳地，为1秒；

(d)通入惰性气体；其中，通入时间为10-60秒；较佳地，为20-35秒；惰性气体的流量为50-200sccm；较佳地，为80-120sccm；

从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。

所述惰性气体可选自下组：氮气、氩气或其组合。

所述含氧(O)前驱体分子可选自下组：H₂O、O₃或其组合。

所述硅片为n型或p型。

所述硅片为电阻率为0.5-10Ω·cm的单晶硅片。

所述步骤(a)-(d)在50-500℃下进行；较佳地，在150-250℃下进行。

可依次重复步骤(a)-(d)1-200次；依次重复步骤(a)-(d)1-100次。

所述含Ta前驱体分子可选自下组：甲醇钽、乙醇钽、丙醇钽、异丙醇钽、丁醇钽、四乙氧基乙酰丙酮钽、三氟乙醇钽、氯化钽、碘化钽，或其组合。

载流子传输结构

本发明提供了一种载流子传输结构，所述载流子传输结构包含或由以下组成：载流子钝化隧穿层和掺杂多晶硅层；其中，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面。

所述的掺杂多晶硅层可为掺硼多晶硅薄膜或掺磷多晶硅薄膜。

所述的掺杂多晶硅层的厚度可为20-100nm；较佳地，为30-50nm。

当所述掺杂多晶硅层为掺磷多晶硅薄膜，则所述载流子传输结构选择性传输电子。

当所述掺杂多晶硅层为掺硼多晶硅薄膜，则所述载流子传输结构选择性传输空穴。

所述的载流子传输结构的制备方法包括步骤：

(a1)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。

所述的载流子钝化隧穿层的制备方法同前所述。

具体地，所述载流子传输结构的制备方法可包括如下步骤：在载有所述的载流子钝化隧穿层的真空腔体中，通入含硅前驱体分子和含掺杂元素的前驱体分子的气体，从而形成含有掺杂元素的非晶硅层；对含有掺杂元素的非晶硅层进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。

所述含硅前驱体分子可为SiH₄。

所述含掺杂元素的前驱体分子可为PH₃或B₂H₆。

所述退火处理的温度可为400-900℃。

所述退火处理的时间可为10-40min。

本发明的载流子传输结构可用于制备太阳能电池，例如，所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池。

太阳能电池

本发明提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包含以下部分：载流子钝化隧穿层、掺杂多晶硅层以及电极层；其中，所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面；所述电极层全部或部分包覆在所述掺杂多晶硅层的表面。

本发明所述的太阳能电池的制备方法包括步骤：

(a)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构；和

(b)在步骤(a)得到的载流子传输结构表面沉积电极层，从而形成所述的太阳能电池。

所述步骤(b)中，在沉积电极层之前，还包括在步骤(a)得到的载流子传输结构的硅片前表面发射极上沉积第二钝化层。

所述第二钝化层选自下组：氮化硅层、氧化铝层、或其组合。

当硅片前表面发射极为n⁺型时，所述第二钝化层为氮化硅层。

当硅片前表面发射极为p⁺型时，所述第二钝化层为氮化硅层和氧化铝层。

本发明所述的太阳能电池的用途，用于光伏发电。

本发明的主要优点在于：

1.五氧化二钽作为硅表面钝化层具有优异表面钝化性能；

2.五氧化二钽与硅之间的导带带阶很小，作为电子隧穿材料时，与硅之间的接触势垒很低，具有优异的电子隧穿效果。

3.五氧化二钽与硅之间的价带带阶较小，作为空穴隧穿材料时，具有比较低的接触势垒，亦可实现良好的空穴隧穿效果。

4.五氧化二钽具有优异的高温稳定性，兼容现有的晶硅生产制造工艺，完全可以替代氧化硅作为钝化隧穿材料。

5.作为钝化隧穿层，五氧化二钽薄膜可比氧化硅薄膜厚，薄膜更致密，对杂质特别是B、P等多晶硅层中的掺杂原子具有更强的阻挡能力，可以获得更佳的钝化效果。

6.五氧化二钽薄膜携带10¹²cm^-2量级的固定负电荷，非常适合作为p型晶体硅的钝化隧穿层。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。

实施例1：

步骤(1)：以电阻率为2.0Ω·cm的p型单晶硅片为衬底，采用原子层沉积(ALD)方法在硅片正反两面沉积Ta₂O₅薄膜。具体方法：将用RCA标准工艺清洗干净的硅片放置到ALD腔体中，腔体压强抽至10^-2Torr以下，同时将腔体加热至200℃。以乙醇钽和水为前驱体，首先通入乙醇钽蒸汽1秒钟，然后通入流量为100sccm的氮气30秒钟，接着通入水蒸汽1秒钟，最后通入流量为100sccm的氮气30秒钟，此为一个循环。经过60个循环的处理，即可以在硅片表面获得1.8±0.2nm的Ta₂O₅薄膜。

步骤(2)：以铝颗粒为蒸发源，在已制得Ta₂O₅薄膜的表面上以特定的掩膜板图案蒸镀铝电极，铝电极的厚度为1μm。在样品的无Ta₂O₅薄膜的表面上蒸镀全面铝电极，铝电极的厚度为1μm。

制得的样品采用半导体参数分析仪进行CV测试，结果显示Ta₂O₅薄膜携带固定负电荷，电荷密度为-1.2×10¹²cm^-2；Ta₂O₅与硅之间界面态密度为8.5×10⁹cm^-2/eV。

对比例1:

步骤(1)：以电阻率为2.0Ω·cm的p型单晶硅片为衬底，采用热硝酸氧化法(NAOS)在硅片正反两面生长SiO₂薄膜。具体方法：将用RCA标准工艺清洗干净的硅片浸泡在沸腾的浓硝酸(68wt.％)中，经过大约10分钟，即可在硅片表面获得约1.8±0.2nm的SiO₂薄膜。

步骤(2)：用HF酸蒸汽去除其中一面SiO₂薄膜。以铝颗粒为蒸发源，在保留有SiO₂薄膜的表面上以特定的掩膜板图案蒸镀铝电极，铝电极的厚度为1μm。在样品的无SiO₂薄膜的表面上蒸镀全面铝电极，铝电极的厚度为1μm。

制得的样品采用半导体参数分析仪进行CV测试，结果显示SiO₂薄膜携带少量固定正电荷，电荷密度为5.4×10¹⁰cm^-2；SiO₂与硅之间界面态密度为8.9×10¹⁰cm^-2/eV。

实施例2：

步骤(1)：以电阻率为2.0Ω·cm的p型单晶硅片为衬底，采用原子层沉积(ALD)方法在硅片正反两面沉积Ta₂O₅薄膜。具体方法同实施例1步骤(1)

步骤(2)：随后利用PECVD方法在双面沉积Ta₂O₅薄膜的样品上双面沉积掺硼非晶硅薄膜。具体方法为：将双面沉积Ta₂O₅薄膜的样品，转移到PECVD腔体中，腔体压强抽至10^{- 5}Torr以下，同时将样品加热至150℃。通入10sccm高纯硅烷(SiH₄)和10sccm氢气稀释的乙硼烷(3％B₂H₆)，射频功率10W，工艺压强0.4Torr，时间10min，即可以在样品表面上获得约40nm的掺硼非晶硅薄膜。

步骤(3)：再将以上制备双面Ta₂O₅薄膜和掺硼非晶硅薄膜叠层的样品，转移至退火炉中，在N₂或N₂与H₂(含量5-30％)混合气的气氛下，经850℃退火30min，使掺硼非晶硅薄膜晶化，形成掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3的掺硼多晶硅薄膜。

制得的样品采用Sinton WCT-120准稳态光电导少子寿命测试仪测试，拟合结果显示表面饱和电流密度J₀为40～60fA/cm²。

对比例2：

步骤(1)：以电阻率为2.0Ω·cm的p型单晶硅片为衬底，采用热硝酸氧化法(NAOS)在硅片正反两面生长SiO₂薄膜。具体方法同对比例1步骤(1)。

步骤(2)：随后利用PECVD方法在双面沉积SiO₂薄膜的样品上双面沉积掺硼非晶硅薄膜。具体方法同实施例2步骤(2)。

步骤(3)：双面SiO₂薄膜和掺硼非晶硅薄膜叠层的样品，在经高温退火形成掺硼多晶硅薄膜。具体方法同实施例2步骤(3)。

制得的样品采用Sinton WCT-120准稳态光电导少子寿命测试仪测试，拟合结果显示表面饱和电流密度J₀为60～90fA/cm²。

相比于对比例2，实施例2的样品，具有更低的表面饱和电流密度，说明Ta₂O₅薄膜对p型晶硅具有更优的表面钝化效果。

实施例3：

步骤(1)：以电阻率为1.0Ω·cm的n型单晶硅片为衬底，采用原子层沉积(ALD)方法在硅片正反两面沉积Ta₂O₅薄膜。具体方法同实施例1步骤(1)。

步骤(2)：随后利用PECVD方法在双面沉积Ta₂O₅薄膜的样品上双面沉积掺磷非晶硅薄膜。具体方法为：将双面沉积Ta₂O₅薄膜的样品，转移到PECVD腔体中，腔体压强抽至10^{- 5}Torr以下，同时将样品加热至150℃。通入10sccm高纯硅烷(SiH₄)和10sccm氢气稀释的磷烷(5％PH₃)，射频功率10W，工艺压强0.4Torr，时间10min，即可以在样品表面上获得约40nm的掺磷非晶硅薄膜。

步骤(3)：再将以上制备双面Ta₂O₅薄膜和掺磷非晶硅薄膜叠层的样品，转移至退火炉中，在N₂或N₂与H₂(含量5-30％)混合气的气氛下，经850℃退火30min，使掺磷非晶硅薄膜晶化，形成掺杂浓度为2.3×10²⁰cm^-3的掺磷多晶硅薄膜。

制得的样品采用Sinton WCT-120准稳态光电导少子寿命测试仪测试，拟合结果显示表面饱和电流密度J₀为10～30fA/cm²。

对比例3：

步骤(1)：以电阻率为1.0Ω·cm的n型单晶硅片为衬底，采用热硝酸氧化法(NAOS)在硅片正反两面生长SiO₂薄膜。具体方法同对比例1步骤(1)。

步骤(2)：进一步在样品上双面沉积掺磷非晶硅，并退火形成掺磷多晶硅。具体方法同实施例3步骤(2)和步骤(3)。

制得的样品采用Sinton WCT-120准稳态光电导少子寿命测试仪测试，拟合结果显示表面饱和电流密度J₀为20～40fA/cm²。

相比于对比例3，实施例3的样品，具有更低的表面饱和电流密度，说明Ta₂O₅薄膜对n型晶硅具有更优的表面钝化效果。

实施例4：

步骤(1)：以<100>晶向、电阻率为2.0Ω·cm的p型太阳能级单晶硅片为衬底，经80℃左右的1-3％KOH溶液腐蚀15分钟，去除表面损伤层，并形成随机金字塔织构绒面。样品转移至800℃左右的石英炉管，以250sccm的N₂为载气将POCl₃液态源蒸汽带入石英炉管内，同时通入100sccm的O₂，经20分钟高温处理，在样品表面形成n⁺型发射极层。以5％HF溶液去除表面磷硅玻璃层，以HNO₃和HF酸混合溶液腐蚀去除背表面n⁺型层。

步骤(2)：在样品背表面通过ALD方法沉积1.8nm左右的Ta₂O₅薄膜，具体方法同实施例1步骤(1)。

步骤(3)：然后，采用PECVD方法在样品背表面沉积掺硼非晶硅薄膜，并经高温退火形成掺硼多晶硅薄膜，具体方法同实施例2步骤(2)和步骤(3)。

步骤(4)：再将样品转移至PECVD腔体中，以硅烷(SiH₄)和氨气(NH₃)为前驱体，在样品前表面沉积氮化硅(SiN_x:H)薄膜，薄膜的厚度和折射率分别为80nm和2.05。

步骤(5)：以银颗粒为蒸发源，在样品背面蒸镀银电极层，银电极层的厚度为300nm。在样品前表面，以电子银浆和特定图形的网版，印刷出宽度分别为35μm和1.0mm的细栅银电极和主栅银电极。随后，样品在300-900℃的链式烧结炉中，烧结约1.5分钟，即完成电池样品的制备。

最后电池样品通过太阳光模拟器I-V测试仪，测试得到电学性能如下：

开路电压	短路电流密度	填充因子	效率
				660mV	38.9mA/cm2	79.8％	20.5％

对比例4：

步骤(1)：以<100>晶向、电阻率为2.0Ω·cm的p型太阳能级单晶硅片为衬底，按实施例4步骤(1)相同方法进行金字塔绒面和n⁺型发射极层的制备。

步骤(2)：通过热硝酸氧化的方法，在样品表面生长约1.8nm的SiO₂薄膜，具体方法同对比例1步骤(1)。

步骤(3)：然后，采用PECVD方法在样品背表面沉积掺硼非晶硅薄膜，并经高温退火形成掺硼多晶硅薄膜，具体方法同实施例2步骤(2)和步骤(3)。

步骤(4)：通过后续步骤完成电池样品制备，具体同实施例4步骤(4)和步骤(5)。

最后电池样品通过太阳光模拟器I-V测试仪，测试得到电学性能如下：

开路电压	短路电流密度	填充因子	效率
				636mV	38.6mA/cm2	79.5％	19.5％

实施例5：

步骤(1)：以<100>晶向、电阻率为1.0Ω·cm的n型太阳能级单晶硅片为衬底，经80℃左右的1-3％KOH溶液腐蚀15分钟，去除表面损伤层，并形成随机金字塔织构绒面。样品转移至900℃左右的石英炉管，以100sccm的N₂为载气将BBr₃液态源蒸汽带入石英炉管内，同时通入50sccm的O₂，经30分钟高温处理，在样品表面形成p⁺型发射极层。以5％HF溶液去除表面硼硅玻璃层，以HNO₃和HF酸混合溶液腐蚀去除背表面p⁺型层。

步骤(2)：在样品背表面通过ALD方法沉积1.8nm左右的Ta₂O₅薄膜，具体方法同实施例1步骤(1)。

步骤(3)：然后，采用PECVD方法在样品背表面沉积掺磷非晶硅薄膜，并经高温退火形成掺磷多晶硅薄膜，具体方法同实施例3步骤(2)和步骤(3)。

步骤(4)：之后，将样品放置入ALD腔体中，以三甲基铝和水蒸汽为前驱体源，在200℃加热温度下，在样品前表面沉积10nm的氧化铝(Al₂O₃)薄膜。

步骤(5)：再将样品转移至PECVD腔体中，以硅烷(SiH₄)和氨气(NH₃)为前驱体，在样品前表面沉积氮化硅(SiN_x:H)薄膜，薄膜的厚度和折射率分别为70nm和2.05。

步骤(6)：通过后续步骤完成电池样品制备，具体同实施例4步骤(5)。

最后电池样品通过太阳光模拟器I-V测试仪，测试得到电学性能如下：

开路电压	短路电流密度	填充因子	效率
				672mV	39.2mA/cm2	80.7％	21.3％

对比例5：

步骤(1)：以<100>晶向、电阻率为1.0Ω·cm的n型太阳能级单晶硅片为衬底，按实施例5步骤(1)相同方法进行金字塔绒面和p⁺型发射极层的制备。

步骤(2)：通过热硝酸氧化的方法，在样品表面生长约1.8nm的SiO₂薄膜，具体方法同对比例1步骤(1)。

步骤(3)：然后，采用PECVD方法在样品背表面沉积掺磷非晶硅薄膜，并经高温退火形成掺磷多晶硅薄膜，具体方法同实施例3步骤(2)和步骤(3)。

步骤(4)：通过后续步骤完成电池样品制备，具体同实施例5步骤(4)、步骤(5)和步骤(6)。

最后电池样品通过太阳光模拟器I-V测试仪，测试得到电学性能如下：

开路电压	短路电流密度	填充因子	效率
				661mV	39.1mA/cm2	80.3％	20.8％

由以上实验可知：

1.五氧化二钽与硅之间的界面态密度低于10¹⁰cm^-2/eV，而氧化硅与硅之间的界面态密度接近10¹¹cm^-2/eV，说明采用五氧化二钽具有更优异表面钝化性能；

2.五氧化二钽与硅之间的导带带阶为0.8eV，这意味着当五氧化二钽作为电子隧穿材料时，与硅之间的接触势垒很低。经过测算，五氧化二钽薄膜的厚度只需到薄至5nm，就能实现良好的电子隧穿效果。

3.五氧化二钽与硅之间的价带带阶为2.3eV，明显低于氧化硅与硅之间4.8eV的价带带阶。当五氧化二钽作为空穴隧穿材料时，具有更低的接触势垒。经过测算，当五氧化二钽薄膜的厚度低至2nm，即可实现良好的空穴隧穿效果。

4.五氧化二钽具有优异的高温稳定性，完全可以替代氧化硅作为钝化隧穿材料。

5.作为钝化隧穿层，五氧化二钽薄膜可比氧化硅薄膜厚，薄膜更致密，对杂质特别是B、P等多晶硅层中的掺杂原子具有更强的阻挡能力，可以获得更佳的钝化效果。

6.五氧化二钽薄膜携带10¹²cm^-2量级的固定负电荷，作为p型晶体硅的钝化隧穿层可以获得更优异的钝化性能。

综上所述，五氧化二钽具有诸多特性和优势，是进一步提升钝化接触异质结太阳电池效率的理想钝化隧穿材料。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种载流子钝化隧穿薄膜的用途，其特征在于，所述载流子钝化隧穿薄膜含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述薄膜用于制备太阳能电池。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述载流子钝化隧穿薄膜的制备方法包括：采用磁控溅射(Sputter)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热蒸发(ThermalEvaporator)、电子束蒸发(E-beam Evaporator)、低压化学气相沉积(LPCVD)或原子层沉积(ALD)方法，在硅片上沉积五氧化二钽(Ta₂O₅)，从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。

3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，所述制备方法采用原子层沉积(ALD)，包括如下步骤：

(a)在载有硅片的真空腔体中，通入含钽(Ta)前驱体分子的气体；

(b)通入惰性气体；

(c)通入含氧(O)前驱体分子的气体；

(d)通入惰性气体；

从而形成所述的载流子钝化隧穿薄膜。

4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述含氧(O)前驱体分子选自下组：H₂O、O₃或其组合。

5.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述含Ta前驱体分子选自下组：甲醇钽、乙醇钽、丙醇钽、异丙醇钽、丁醇钽、四乙氧基乙酰丙酮钽、三氟乙醇钽、氯化钽、碘化钽，或其组合。

6.一种载流子传输结构，其特征在于，所述载流子传输结构包含或由以下组成：载流子钝化隧穿层和掺杂多晶硅层；其中，所述载流子钝化隧穿层含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面。

7.如权利要求6所述的载流子传输结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

(a1)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构。

8.如权利要求6所述的载流子传输结构的用途，其特征在于，用于制备太阳能电池。

9.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包含以下部分：载流子钝化隧穿层、掺杂多晶硅层以及电极层；其中，所述载流子钝化隧穿层含有五氧化二钽(Ta₂O₅)；所述的载流子钝化隧穿层包覆在硅片的表面；所述掺杂多晶硅层包覆在所述的载流子钝化隧穿层表面；所述电极层包覆在所述掺杂多晶硅层的表面。

10.如权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

(a)用PECVD方法在所述的载流子钝化隧穿层表面沉积掺杂非晶硅层，然后进行退火处理，从而形成所述的载流子传输结构；和

(b)在步骤(a)得到的载流子传输结构表面沉积电极层，从而形成所述的太阳能电池。