Topcon：H钝化多晶硅钝化接触中缺陷研究.docxVIP

钝化接触(TOPCon)的氢化是实现非常高水平的表面钝化的必要过程，特别是在制绒表面。这一五年文章致力于提高对氢化机理的理解。我们比较了不同氢源在Si/SiOx界面和掺杂多晶硅层的化学钝化缺陷的能力，以及它们在低温和高温范围的热稳定性。为此，对织构n型TOPCon结构进行热板退火，并将Al2O3/SiNx多层堆暴露在快速烧成过程中。检测到非常明显的激活特征。研究还发现，与SiNx相比，Al2O3覆盖层能够实现更高水平的表面钝化和更高的热稳定性。当在多层堆叠中实现时，Al2O3作为氢扩散屏障，防止TOPCon结构的渗出，从而保证钝化质量。

在多晶硅基钝化接触中，光致电子空穴对的表面复合减少可以通过两种方式实现。其中一种方法是通过引入化学钝化层来降低界面缺陷密度。饱和Si悬浮键降低了Si/SiOx界面的界面陷阱态，从而降低了界面态密度Dit，可能也减轻了多晶硅层中的缺陷。减少复合的第二种方法是减少表面电子和空穴的数量。这可以通过固定电荷在介质膜(如氮化硅SiNx和氧化铝Al2O3)或高度掺杂的多晶硅层中提供的场效应钝化来实现，在多晶硅基接触中，固定电荷的影响相当小。在TOPCon中，这两种方法都在一定程度上已经在高温退火后实现，但需要额外的氢化步骤，以实现1fA/cm2或更小范围(对于n型TOPCon)的复合电流密度J0。当多晶硅层掺杂较低或掺杂剂向晶圆扩散有限时，氢化尤为重要。这发生在退火后相对较低的温度或快速的温度过程，如烧结

氢可以通过(远程)氢等离子体处理(RPHP)以原子形式引入，涂层有富h透明导电氧化物(TCO)或介电层如SiNx或Al2O3及其组合。后者需要沉积后热处理来激活钝化。成形气体退火(FGA)提供的分子H不会导致表面钝化的实质性改善，特别是在钝化表面的钝化接触。用SiNx覆盖的TOPCon结构的氢化有效性很大程度上取决于覆盖层的结构组成。例如，在SiNx沉积过程中，可以通过改变NH3/SiH4的流量比来调节H浓度和折射率n。由于H的增加，折射率n≥1.9的层约为70nm，可以在富硅p型SiCx结构中提供最佳的氢化反应。Steinhauser等人在最近的一项研究中指出，n型TOPCon结构和SiNx在织构表面形貌上显示出更高的退火稳定性。此外，高Si含量(由于大量Si-H键合而导致高H含量)也阻止了金属尖刺。Al2O3在硅太阳能电池中的应用主要是在c-Si或SiO2表面上进行的，在这些表面上获得了显著的有效表面复合速度Seff低于1cm/s(1Ωcmn-和p-Si)。在这里，界面钝化强烈地依赖于沉积后的退火温度和层的组织。以原子层沉积(ALD)制备的Al2O3薄膜为例，H的含量取决于沉积温度。沉积温度越低，层中H越多，因此需要更低的退火温度来允许H的流出和热激活氢化。在多晶硅钝化接触的条件下，进一步研究了Al2O3薄膜与SiNx薄膜的烧结稳定性。SiNx/Al2O3多层堆叠使得p型TOPCon在绒面的J0值低至9fA/cm2。

尽管有大量的研究，在多晶钝化接触中氢化的确切机制仍然不清楚。这一贡献试图有助于对TOPCon的氢化过程有更深入的了解。为此，作者首先回顾了n型TOPCon加氢的有效性是否取决于H源。进一步，我们研究了氢是如何在SiNx和Al2O3覆盖层中被动员以进行缺陷钝化的，以及在进行热退火系列时，激活条件是否不同。此外，还研究了不同氢源在热处理后的热稳定性。

实验讨论

图1给出了我们的n型TOPCon样品在加氢前后在制绒表面的表面钝化质量概况。在复合电流密度J0s=30±2.8fA/cm2的条件下，比较了不同氢源在高温退火步骤(“无”)后的初始状态。正如预期的那样，仅应用FGA导致J0s的微小变化。通过沉积介电层和随后的FGA，使用SiNx时J0s显著降低到12.8±1.3fA/cm2，使用Al2O3时甚至降低到0.2±0.4fA/cm2。RPHP效果相似(J0s=1.2±0.5fA/cm2)。

下面对不同氢源的热活化行为进行了动力学研究。为此，用SiNx或Al2O3覆盖对称测试结构，并在小时间步长(没有预先的FGA退火)上依次在热板上退火。图2显示了不同退火温度下的有效寿命τeff随累积退火时间t的变化曲线。

多层堆叠激活快速退火

上述结果表明，Al2O3层导致更高水平的氢钝化，并退火更稳定。为了进一步研究加氢过程的工作原理和有效性，我们制备了对称寿命样品，其中a)只有SiNx,b)在SiNx下面有一层薄的Al2O3层，c)在Al2O3/SiNx堆的顶部有一个额外的Al2O3盖层。在电介质层沉积之后，该结构暴露在一个快速点火步骤中，因为它将用于太阳能电池的金属化。每个数据点代表两个样本的平均值和标准差。

保持25分钟，尝试重新激活钝化。结果如图5所示。结果表明，添加Al2