一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法
2023-09-19 01:33:20 8
專利名稱：一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法
技術領域：
本發明屬於半導體材料製備領域，特別涉及一種微晶矽薄膜太陽能電池材料的製備方法。
背景技術：
目前，能源危機和環境汙染已經成為困擾人類生活、阻礙社會進步和可持續發展的重大問題。太陽能是清潔、可再生能源，具有獨特的優勢和巨大的開發潛力。太陽能的光伏利用越來越引起世人的關注，其中微晶矽薄膜電池既具非晶矽薄膜電池節省原材料、製備工藝簡單、製備過程能耗少、可以使用廉價襯底等優勢，還具有多晶矽薄膜電池高光電轉換效率、無光致衰減效應和長壽命的有點。因此，微晶矽薄膜被認為是目前最具潛力的光伏薄膜材料之一。微晶矽薄膜的生長是一個不均勻的過程，在晶核形成之前，先以非晶形式生長，非晶層厚度一般在lO-lOOnm，這層在形核前生長的非晶層被稱為孵化層。非晶孵化層的存在導致微晶矽薄膜的縱向均勻性變差。在薄膜太陽能電池中，載流子是縱向傳輸的，非晶孵化層的存在不利於載流子的順利傳輸，從而影響電池的光電轉換效率。所以儘量避免或消除非晶孵化層的出現能有效改善微晶矽薄膜電池性能。專利200710002570. 4，2008年公開(微晶矽薄膜的形成方法)，在該方法中，首先在基板上形成一個含有晶核的氫化矽引晶層，然後快速地用等離子體化學氣相沉積法形成一個厚度不超過3微米的氫化非晶矽薄膜。隨後置於高壓氫氣環境中，不高於300°C條件下， 維持3-10小時，從而得到適合於用做光電轉換的氫化微晶矽。該技術最大特點是利用引晶層，在高壓氫氣條件下快速使非晶矽晶化，得到微晶矽薄膜。但是，採用該種方法增加了數小時的熱處理工藝，增加了製作成本。2008年《Journal of Crystal Growth》(晶體生長) 刊登了的文章「誘導耦合等離子體化學氣相沉積技術在玻璃襯底上生長無孵化層的高晶化矽薄膜」，提出工作氣壓為40 時生長的矽薄膜不含非晶孵化層並且具有較高的晶化率。這種通過高工作氣壓避免孵化層出現的方法雖然簡單，但會導致氣源的利用率降低及有毒氣體排放，同時製備的矽薄膜含有大量的孔缺陷，薄膜抗氧化能力下降。如上製備不含非晶孵化層微晶矽薄膜的方法存在工藝複雜、能耗高、或氣源利用率低、導致有毒氣體排放的缺點。為此，需要一種新的簡單有效的製備不含非晶孵化層微晶矽薄膜的新方法。
發明內容
本發明克服上述不足問題，提供了一種一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，在襯底上生長一層幾十納米厚的非晶矽薄膜，利用氫等離子體誘導使其晶化得到籽晶層，最後在不高於300°C的溫度下在其表面繼續生長得到微晶矽薄膜，從而製得不含有非晶矽孵化層的微晶矽薄膜。本發明為實現上述目的所採用的技術方案是一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，第一步，在襯底上利用等離子體增強化學氣相沉積的方法製備一層非晶矽薄膜，即非晶孵化層，再利用氫等離子體處理非晶矽薄膜，使其晶化得到籽晶層；第二步，在籽晶層上按與第一步相同的條件繼續沉積生長得到微晶矽薄膜。所述第一步，微波電子迴旋共振等離子體增強化學氣相沉積的方法，在微波功率 600W，氫氣流量20SCCm，矽烷(5%體積濃度，Ar稀釋)流量lOsccm，基片溫度200°C條件下沉積20分鐘。所述第一步，利用氫等離子體處理工藝是微波功率600W，氫氣流量20sCCm，基片溫度200°C。所述第一步，非晶矽薄膜的厚度為10-70nm。所述第一步，氫等離子體處理非晶矽薄膜的處理時間為1-lOmin。所述第二步，在籽晶層上繼續沉積生長得到微晶矽薄膜，其微波功率為400-700W、 氫氣流量為15-40SCCm、矽烷流量5-lOsccm、沉積溫度不高於300°C、工作氣壓為0. I-IPa, 沉積時間為i-證。本發明方法簡單有效，直接通過氫氣放電誘導非晶層晶化得到籽晶層，有效消除微晶矽薄膜的孵化層，改善其縱向均勻性。同時該生長不含非晶孵化層微晶矽薄膜的方法無需在高溫高壓下生長，具有很好的成本優勢。
附圖1為一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法的示意圖。圖中，1.孵化層，2.襯底，3.籽晶層，4微晶矽薄膜。
具體實施例方式下面結合具體實施例及附圖詳細說明本發明，但本發明並不局限於具體實施例。實施例1
首先，在襯底2上利用微波電子迴旋共振等離子體增強化學氣相沉積的方法，在微波功率600W，氫氣流量20SCCm，矽烷(5%體積濃度，Ar稀釋)流量lOsccm，基片溫度200°C條件下沉積20分鐘，得到厚度為70nm的非晶矽薄膜即孵化層1，利用氫等離子體(微波功率 600W，氫氣流量20SCCm，基片溫度200°C )處理IOmin使孵化層晶化，從而得到籽晶層3。然後在籽晶層上繼續沉積得到微晶矽薄膜4，其具體參數為微波功率700W、氫氣流量40sCCm、 矽烷流量lOsccm、沉積溫度為300°C、工作氣壓1. OPa、沉積時間為釙。實施例2
首先，在襯底2上利用等離子體化學氣相沉積的方法(沉積參數同實施例1，沉積時間3 分鐘)沉積厚度約為IOnm的非晶矽薄膜即孵化層1，利用氫等離子體(參數同實施例1)處理Imin使孵化層晶化，從而得到籽晶層3。然後在籽晶層上繼續沉積得到微晶矽薄膜4，其具體參數為微波功率400W、氫氣流量lkccm、矽烷流量kccm、沉積溫度為200°C、工作氣壓0. lPa、沉積時間為Ih0實施例3
首先，在襯底2上利用等離子體化學氣相沉積的方法(參數同實施例1，沉積時間12分鐘)沉積厚度約為35nm的非晶矽薄膜即孵化層1，利用氫等離子體(參數同實施例1)處理5min使孵化層晶化，從而得到籽晶層3。然後在籽晶層上繼續沉積得到微晶矽薄膜4，其具體參數為微波功率500W、氫氣流量35SCCm、矽烷流量8sCCm、沉積溫度為250°C、工作氣壓 0. 5Pa、沉積時間為3h。
權利要求
1 一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，其特徵在於第一步，在襯底上利用等離子體增強化學氣相沉積的方法製備一層非晶矽薄膜，即非晶孵化層，再利用氫等離子體處理非晶矽薄膜，使其晶化得到籽晶層；第二步，在籽晶層上按與第一步相同的條件繼續沉積生長得到微晶矽薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，其特徵在於所述第一步，微波電子迴旋共振等離子體增強化學氣相沉積的方法，在微波功率600W， 氫氣流量20SCCm，矽烷(5%體積濃度，Ar稀釋)流量lOsccm，基片溫度200°C條件下沉積20 分鐘。
3.根據權利要求1所述的一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，其特徵在於所述第一步，利用氫等離子體處理工藝是微波功率600W，氫氣流量20sCCm，基片溫度 200 "C。
4.根據權利要求1一 3任一所述的一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，其特徵在於所述第一步非晶矽薄膜的厚度為10-70nm。
5.根據權利要求1-3任一所述的一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，其特徵在於所述第一步氫等離子體處理非晶矽薄膜的處理時間為1-lOmin。
6.根據權利要求1一 3任一所述的一種兩步生長製備無孵化層微晶矽薄膜的方法，其特徵在於所述第二步，在籽晶層上繼續沉積生長得到微晶矽薄膜，其微波功率為 400-700W、氫氣流量為15-40sccm、矽烷流量5-10sccm、沉積溫度不高於300°C、工作氣壓為 0. Ι-lPa、沉積時間為l-5h0
全文摘要
本發明屬於半導體材料製備領域，特別涉及一種微晶矽薄膜太陽能電池材料的製備方法。本發明提供了一種新的微晶矽薄膜生長方法，在襯底上利用等離子體增強化學氣相沉積的方法製備一層非晶矽薄膜，再利用氫等離子體處理非晶矽薄膜，使其晶化得到籽晶層，最後在籽晶層上按與第一步相同的條件繼續沉積生長得到微晶矽薄膜。此方法簡單有效，直接通過氫氣放電誘導非晶層晶化得到籽晶層，有效消除微晶矽薄膜的孵化層，改善其縱向均勻性。同時該生長不含非晶孵化層微晶矽薄膜的方法無需在高溫高壓下生長，具有很好的成本優勢。
文檔編號H01L21/205GK102492933SQ20111042221
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者吳愛民, 嶽紅雲, 李廷舉, 林國強, 譚毅 申請人:大連理工大學