一种硅基涂层及其制备方法和光伏材料与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种硅基涂层及其制备方法和光伏材料。

背景技术：

1、半导体或光伏材料广泛应用于电子、新能源等行业，半导体和光伏材料通常都需要经过化学处理才能够应用到产品上，cvd技术是其中的一种处理方式，cvd即化学气相沉积，cvd技术目前已经广泛用于半导体或光伏材料加工，常见的加工设备有pecvd、lpcvd、apcvd等，除了cvd之外还有扩散工艺，例如磷扩散、硼扩散等，都可以采用气体扩散的方式来对原材料进行加工，目前行业内已有不少相关的设备，可以针对具体的加工需求来选择相应的设备进行加工，半导体或光伏材料的加工，通常是将片状材料送入炉中在一定温度和压力的条件下进行反应来实现，在对半导体或者光伏材料加工的过程中，通常采用一些装置来热分解反应物来沉积所需要的涂层薄膜。

2、传统的设备中，硅基涂层通常是在pecvd、apcvd、lpcvd中进行沉积获得，或者ald(原子层沉积)、热氧氧化、湿化学氧化等，所使用的气体为sih4、si2cl2、teos等有毒、易燃易爆炸及腐蚀性的危险硅源气体，造成配套特种气体装置及设施昂贵、复杂，占用大量的占地面积及资源，难以在一般场合便捷安全的使用。

3、因此，需要开发新的硅基涂层的制备工艺克服上述技术难题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种硅基涂层及其制备方法和光伏材料，使用硅油作为热分解沉积硅基涂层薄膜的液态硅源，安全、无毒，使用便捷，不受特种气体、有毒气体、易燃易爆炸气体和腐蚀气体等的不利条件限制。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种硅基涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、采用硅油作为原料气通入设置有待沉积物的腔室中，所述硅油经热分解并在待沉积物的表面沉积，形成硅基涂层；所述硅基涂层为sioxcy化合物。

5、本发明选用硅油作为热分解沉积涂层的原料气，硅油作为一种安全的硅源气体，不需要占用大量土地面积、专业设施设备及人员、管理、审批、设计、施工建设等，极大的降低了沉积硅基涂层薄膜的成本，提高了使用便捷性。

6、本发明所述硅油指的是在室温下保持液体状态的线型聚硅氧烷产品，一般分为甲基硅油和改性硅油两类。

7、硅油一般是无色(或淡黄色)、无味、无毒、不易挥发的液体。它具有很小的蒸汽压、较高的闪点和燃点、较低的凝固点。随着链段数n的不同，分子量增大，粘度也增高，固此硅油可有各种不同的粘度，从0.65厘沲直到上百万厘沲。硅油具有耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性、有的品种还具有耐辐射的性能。

8、最常用的硅油，有机基团全部为甲基，称甲基硅油。有机基团也可以采用其它有机基团代替部分甲基基团，以改进硅油的某种性能和适用各种不同的用途。常见的其它基团有氢、乙基、苯基、氯苯基或三氟丙基中的任意一种或至少两种的组合。

9、硅油按化学结构来分有甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油或含氰硅油等。

10、本发明采用硅油作为沉积的原料气的同时需要保障沉积的涂层质量，即需要保障其沉积涂层的表面具有较高的致密度和结晶度，以满足后续产品使用的需求。

11、优选地，所述x的数值范围为0～2，例如可以是0、0.2、0.5、0.8或1等，y的数值范围为0～1，例如可以是0、0.1、0.2、0.5、0.8或1等。

12、优选地，所述待沉积物包括晶硅片、金属、玻璃或高分子基材，优选为晶硅片。

13、优选地，所述热分解的温度为200～1200℃，例如可以是200℃、312℃、423℃、534℃、645℃、756℃、867℃、978℃、1089℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为800～1200℃。压力为0.01～1000mbar，例如可以是0.01mbar、110mbar、200mbar、330mbar、450mbar、500mbar、600mbar、700mbar、800mbar或1000mbar等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

14、为了提高硅油沉积得到的硅基涂层的表面质量，本发明优选将热分解的温度控制在上述范围，以提高硅基涂层的致密度和结晶度。

15、优选地，所述热分解的载气包括保护气体和/或反应气体。

16、优选地，所述保护气体包括氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或氡气中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为氮气和氩气的组合，氦气和氩气的组合，氮气和氦气的组合，氖气和氡气的组合，氙气和氩气的组合。

17、优选地，所述反应气体包括氧气和/或二氧化碳。

18、优选地，所述热分解的气流包括第一气流和第二气流，所述第一气流包括保护气体和原料气，所述第二气流包括保护气体和反应气体。

19、优选地，所述第二气流中反应气体的流量从0至目标产物的化学计量比理论所需反应气体的1.0倍以上逐步调整，例如可以是1.0、1.01、1.02、1.05、1.06、1.08或1.1以上等。

20、当采用硅油作为原料气进行沉积后，由于硅油中元素含量比例相对固定，为了针对同一原料气可得到不同目标涂层，本发明优选增加第二气流，在第二气流中增加反应气体，通过增加氧气和/或二氧化碳来调节涂层中的产品构成，从而拓展了本发明工艺的应用范围。

21、优选地，所述硅油包括甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油或含氰硅油中的任意一种或至少两种的组合，优选为甲基硅油。

22、本发明优选采用甲基硅油，其分子量更小，沉积得到的硅基涂层的表面质量更高。

23、优选地，所述硅油的粘度为10～3000cps，例如可以是10cps、340cps、670cps、1000cps、1300cps、1670cps、2000cps、2330cps、2660cps或3000cps等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

24、优选地，所述制备方法还包括：对沉积的硅基涂层进行退火。

25、本发明进一步增加退火步骤，更好地提高硅基涂层表面的致密度。

26、优选地，所述退火的温度为800～1200℃，例如可以是800℃、845℃、889℃、934℃、978℃、1023℃、1067℃、1112℃、1156℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

27、优选地，所述退火的时间为30～300min，例如可以是30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min、270min或300min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

28、本发明优选将退火的温度和时间控制在上述范围，更有利于提高硅基涂层表面的质量。

29、本发明在特殊应用场合的需求下，仍然可以通过高温快速热分解制备高孔隙率的sioxcy。例如在lpcvd制备poly-si过程中，为了保护石英炉管寿命，可以先在石英炉管内壁通过本案的硅油高温快速热分解(一般温度为900～1200℃)化学气相沉积一层高孔隙率的sioxcy涂层，然后后续生产中的poly-si不断由外及里寄生沉积在该高孔隙率的sioxcy涂层上，从而形成从si到sio2石英的渐变缓冲涂层，有效消除没有该保护涂层的情况下直接从高热膨胀系数si直接到低热膨胀系数sio2造成的巨大表面应力，从而延长石英炉管的使用寿命。

30、第二方面，本发明提供一种硅基涂层，所述硅基涂层采用第一方面所述的硅基涂层的制备方法制得。

31、本发明第二方面提供的硅基涂层采用所述包含硅基涂层的制备方法制得，其表面致密度高，产物的结晶度高，表面质量优良，且通过在衬底与涂层的不同界面进行成分衔接过渡，能够与待沉积物良好地复配。

32、优选地，所述硅基涂层包括sioxcy化合物，其中x的数值范围为0～2，y的数值范围为0～1。x的范围例如可以是0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1.0等。y的范围例如可以是0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1.0等。

33、本发明的硅基涂层能够在上述化学式内灵活调控，工艺的可控性强。

34、优选地，所述硅基涂层的厚度为50～3000nm，例如可以是50nm、378nm、706nm、1034nm、1362nm、1689nm、2017nm、2345nm、2673nm或3000nm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

35、优选地，所述硅基涂层的致密度为0.2～3.22g/cm3，例如可以是0.2g/cm3、0.3g/cm3、0.5g/cm3、0.8g/cm3、1.0g/cm3、1.2g/cm3、1.5g/cm3、2.0g/cm3、2.5g/cm3、3.0g/cm3或3.22g/cm3等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

36、优选地，所述硅基涂层的粗糙度为2～10nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

37、优选地，所述硅基涂层中sioxcy化合物的晶化率为30～80％，例如可以是30％、36％、42％、47％、53％、58％、64％、69％、75％或80％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

38、本发明优选硅基涂层中表面质量均达到上述水平，显著提高了硅基涂层的质量。

39、第三方面，本发明提供一种光伏材料，所述光伏材料包括第二方面所述的硅基涂层。

40、本发明提供的光伏材料由于含有第二方面所述的硅基涂层，显著提高了光伏材料的性能。

41、优选地，所述光伏材料包括太阳能晶硅片。

42、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

43、(1)本发明提供的硅基涂层的制备方法解决了现有技术在选择便捷、安全工艺气体方面的问题，同时解决了设备所需配套特气站、危险气体泄露侦测报警、专业人员培训配置等成本支出问题；

44、(2)本发明提供的硅基涂层表面致密度高、粗糙度低且结晶度高，其致密度≥2.32g/cm3，粗糙度≤10nm，且结晶度≥63％，优选≥83％，且厚度可达到微米级别，硅基涂层质量优良，在光伏材料和半导体材料中应用前景广阔，应用领域例如ibc(交指背接触)结构的太阳能电池的掩膜涂层、hjt(异质结)太阳能电池片切片后半片的侧面钝化涂层、topcon(隧穿氧化钝化)太阳能电池的钝化层等。