改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法

2023-09-17 10:38:30 2

專利名稱：改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法
改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及太陽電池領域，尤其是一種改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備 方法。背景技術：
為了解決現有非晶矽薄膜光伏電池存在的轉換效率低和由S-w效應引起的效率衰退等問題，近年來人們開展了微晶矽薄膜光伏電池的研究工作，這是因為微 晶矽薄膜材料相對於非晶矽材料有很高的有序性，是解決矽基薄膜光伏電池穩定 性的有效途徑。薄膜微晶矽電池既具有晶體矽電池高效、高穩定的優勢，又具有 薄膜電池工藝簡單、節省材料的優點，而且微晶矽電池可拓展光譜響應範圍，其 提高效率的潛力很大，成為國內外發展的重點，被國際公認為矽薄膜太陽電池的 下一代技術。微晶矽材料能夠應用到電池有源層中，除了要有高的沉積速率外，另一個關 鍵因素是微晶矽材料的質量問題，然而由於微晶矽材料柱狀結晶自身帶來的固有 結構特性，使得材料易於引入過多的氧和大量的缺陷態，導致所製備的微晶矽材料呈現趨向n型的特徵，即導致微晶矽材料不是本徵材料，導電類型為電子導電。 目前解決其n型特徵的方法主要有使用氣體純化器，來純化氣體降低材料中氧 的含量；長時間的抽真空，提高本底真空度以及提高抽速，以降低氧的進入量、 改善I層薄膜質量；人為在沉積有源層時，採用微量硼的摻雜，來補償材料中氧 的影響，進而改善材料質量；改變宏觀的沉積參數，儘可能獲得缺陷態密度低的 材料，從而改善材料質量。以上這些方法，實驗室研究證明都是能改善微晶矽薄 膜質量的有效方法。需要指出的是對不過分講究成本的實驗室研究而言，為探 求提高材料質量、進而提高微晶矽電池效率、以分析問題實質而言，選用以上這 些方法無可非議。但是就產業化來說，有些方法需要增加新的設備(純化器)或 增加新的氣路(如微量B摻雜)來實現，對降低成本是不利的。
發明內容本發明目的旨在為克服現有技術的不足，而提供一種改善單室沉積本徵微晶 矽薄膜的製備方法，該方法改善本徵微晶矽薄膜易於弱n型特徵進而改善材料的
質量，且該方法不需增加新的設備改造投資成本，有利於成本控制。本發明為實現上述目的，設計了一種改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方 法，其是將玻璃襯底放在真空腔室內，採用等離子增強化學氣相沉積或者熱絲技 術在襯底上沉積P層微晶矽薄膜；採用和沉積P層微晶矽薄膜相同的沉積方法沉 積I層本徵微晶矽薄膜，根據P層微晶矽薄膜沉積後的腔室環境，對隨後生長的I 層本徵微晶矽薄膜進行硼補償，控制該I層本徵微晶矽薄膜內硼的濃度在io16 (:111—3~1017011—3量級範圍內。本發明有益效果是在單室內沉積完P層微晶矽薄膜後，利用腔室環境氣氛的不同，達到對隨後生長的本徵材料進行微量硼的補償，以便補償本徵微晶矽材料的n型特徵，從而改善薄膜的質量，以便最終提高電池的光電轉換效率。這樣 利用單室沉積和原位的補償而實現本徵微晶矽薄膜質量的改善，既不增加新的設 備改造投資，又避免了交叉汙染的難點，同時有效提高電池效率。
具體實施方式下面結合附圖
和具體實施例對本發明所述的技術方案進行詳細的說明。在本發明中，當以單室沉積技術、製備摻硼B的P+窗口的Pin型微晶矽薄膜 太陽電池時，利用單室內沉積完P層微晶矽薄膜後，I層本徵微晶矽薄膜與P層微 晶矽薄膜同腔室沉積的特點，控制腔室內和腔壁上B的殘餘量，來對隨後在P層 微晶矽薄膜上生長的I層本徵微晶矽薄膜進行微量硼B的補償，以改善製備本徵 微晶矽薄膜的質量。本發明改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，包括以下歩驟1、 將帶有透明導電薄膜的襯底放在真空腔室內；在本發明的實施例中，該襯底選用玻璃襯底，真空控制在高於10—5託。2、 在襯底上沉積P層微晶矽薄膜；在本發明的實施例中，採用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)方法沉積P層微 晶矽薄膜，然並不限於此，也可以使用如熱絲技術等其它的沉積方法，但這些並不是 為本發明實施例所優選。採用PECVD方法沉積P層微晶矽薄膜，所用反應氣為矽烷、氫氣、硼烷、三甲基硼，甲烷，二氧化碳和三氟化氮等氣體的組合，製備的反應沉積參數如下
反應氣體壓強O.l託以上； 輝光功率密度10~500毫瓦/平方釐米； 襯底表面溫度100~300°C;氫稀釋矽烷濃度SO ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) %^10%; 輝光激勵頻率13.56MHz-100MHz;含硼氣體與矽烷之比(硼摻雜劑濃度)BS^3%。此步驟中較為優選的一個處理技術的條件如下反應氣中矽垸(氫稀釋，濃 度為100%) -3.5SCCM,硼垸(氫稀釋，濃度為1%) =14SCCM，氫氣 (100。/。"160SCCM。應腔室中的反應氣壓保持在93Pa，襯底表面溫度保持在170°C， 設定輝光功率密度為56毫瓦/平方釐米，輝光激勵頻率為60MHz。沉積8分鐘， 所製得的微晶矽薄膜30mn，其暗電導率約為0.9s/cm。此步驟中較為優選的另一個處理技術的條件如下反應氣中矽垸(氫稀釋， 濃度為100%)=3.25SCCM，硼烷(氫稀釋，濃度為1%)=13SCCM，氫氣(100%)=160 SCCM。應腔室中的反應氣壓保持在93Pa，襯底表面溫度保持在17(TC，設定輝 光功率密度為53毫瓦/平方釐米，輝光激勵頻率為60MHz。硼烷流量為0沉積2 分鐘，硼垸流量為13SCCM沉積7分鐘，所製得的微晶矽薄膜28nm，其暗電導 率約為10—2s/cm。3、採用和沉積P層微晶矽薄膜相同的沉積系統沉積I層本徵微晶矽薄膜，根據P 層薄膜沉積後，通過採取不同的技術對腔室環境進行一定的處理，使得隨後生長的I 層本徵微晶矽薄膜內的硼的濃度在1016 cm-3~1017Cm—3量級範圍內。此歩驟中較為優選的一個處理技術的條件如下反應氣中矽烷(氫稀釋，濃度為 100%) =19.5SCCM，氫氣(100。/。"280.5SCCM。應腔室中的反應氣壓保持在120Pa， 襯底表面溫度保持在17(TC，設定輝光功率密度為90毫瓦/平方釐米，輝光激勵頻率 為60MHz。沉積20分鐘，所製得的微晶矽薄膜200nm。經過此處理後，隨後生長的 I層本徵微晶矽薄膜內的硼的濃度在2x1017011—3。此歩驟中較為優選的另一個處理技術的條件如下反應氣中娃垸(氫稀釋，濃度 為100%) -30SCCM,氫氣(100。/。"270SCCM。應腔室中的反應氣壓保持在120Pa， 襯底表面溫度保持在17(TC，設定輝光功率密度為90毫瓦/平方釐米，輝光激勵頻率 為60MHz，沉積5分鐘，所製得的非晶矽薄膜100nm。經過此處理後，隨後生長的I
層本徵微晶矽薄膜內的硼的濃度在3xl0"cm—3。此步驟中較為優選的另一個處理技術的條件如下採用等離子增強化學氣相沉積方法氫氣輝光放電，氫氣(100。/。一280.5SCCM，應腔室中的反應氣體壓強-267Pa，設 定輝光功率密度卯毫瓦/平方釐米，襯底表面溫度保持在190°C，輝光激勵頻率為 60MHz，製備時間為1.5分鐘。經過此處理後，隨後生長的I層本徵微晶矽薄膜內的 硼的濃度在2xl017cm—3。本發明的製備方法，是利用單室沉積微晶矽太陽電池P層微晶矽薄膜和I層本 徵微晶矽薄膜在同一腔室進行沉積的特點，通過對沉積完P層微晶矽薄膜後腔室環 境的控制，來達到對微晶矽薄膜的弱n型問題進行補償，實現薄膜質量的改善， 進而提高電池的光電轉換效率。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限 於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應 該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1、一種改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟A、將襯底放在真空腔室內；B、在襯底上沉積P層微晶矽薄膜；C、採用和沉積P層微晶矽薄膜相同的沉積方法沉積I層本徵微晶矽薄膜，根據P層微晶矽薄膜沉積後的腔室環境，對隨後生長的I層本徵微晶矽薄膜進行硼補償，控制該I層本徵微晶矽薄膜內硼的濃度在1016cm-3～1017cm-3量級範圍內。
2、 根據權利要求1所述的改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其特徵 在於所述沉積方法採用等離子增強化學氣相沉積或者熱絲技術。
3、 根據權利要求1或2所述的改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其 特徵在於所述沉積方法中所用反應氣中包括矽烷、氫氣、硼烷、三甲基硼，甲 烷，二氧化碳和三氟化氮氣體。
4、 根據權利要求1或2所述的改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其 特徵在於所述沉積方法中所用的輝光激勵頻率範圍在13.56MHz 100MHz。
5、 根據權利要求1或2所述的改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其 特徵在於所述沉積方法中所用的氫稀釋矽烷濃度SC= ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) %，％。
6、 根據權利要求1或2所述的改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其特徵在於所述沉積方法中所用的含硼氣體與矽烷之比(硼摻雜劑濃度)BSS3%。
7、 根據權利要求l所述的改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其特徵在於所述襯底為玻璃襯底，該玻璃襯底上帶有透明導電薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種改善單室沉積本徵微晶矽薄膜的製備方法，其是將玻璃襯底放在真空室內；採用等離子增強化學氣相沉積或者熱絲技術在襯底上沉積P層微晶矽薄膜；採用和沉積P層微晶矽薄膜相同的沉積方法沉積I層本徵微晶矽薄膜，根據P層微晶矽薄膜沉積後對的腔室環境，對隨後生長的I層本徵微晶矽薄膜進行硼補償，達到對隨後生長的I層本徵微晶矽薄膜中硼濃度的有效控制，並控制I層本徵微晶矽薄膜內硼的濃度在1016cm-3～1017cm-3量級範圍內。這樣利用單室沉積和原位的補償實現本徵微晶矽薄膜質量的改善，既不增加新的設備改造投資，又避免了交叉汙染的難點，同時還有效提高電池效率。
文檔編號H01L31/18GK101159296SQ200710150230
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月19日 優先權日2007年11月19日
發明者張曉丹, 熊紹珍, 耿新華, 穎 趙 申請人:南開大學