專利名稱：一種改善高速沉積微晶硅材料中非晶孵化層的方法
一種改善高速沉積微晶硅材料中非晶孵化層的方法
技術領域：
本發明涉及太陽電池領域，尤其是一種涉及到改善微晶硅薄膜太陽電池中的非晶孵 化層的方法。
背景技術：
為解決現有非晶硅薄膜光伏電池存在的轉換效率低和由光致衰退(s-w)效應引起的
效率衰退等問題，近年來人們開展了微晶硅薄膜光伏電池的研究工作，這是因為微晶硅 薄膜材料相對于非晶硅材料有很高的有序性，是解決硅基薄膜光伏電池穩定性的有效途 徑。薄膜微晶硅電池既具有晶體硅電池高效、高穩定的優勢，又具有薄膜電池工藝簡單、 節省材料的優點，而且微晶硅電池可拓展光譜響應范圍，其提高效率的潛力很大，成為 國內外發展的重點，由非晶硅/微晶硅組成的疊層電池被國際公認為硅薄膜太陽電池的下 一代技術。
通常認為微晶硅薄膜是由非晶相、晶粒、晶粒間界和空洞組成的一種混和相材料， 具有摻雜效率高、電導率高、載流子遷移率大等特點，但是本征微晶硅材料是間接帶隙 材料，在光譜的近紅外區，它的吸收系數低，需要大約l一3pm的厚度來增加光吸收來 提高電池的效率，因此需要較高的沉積速率。提高微晶硅的沉積速率成為近年來微晶硅 薄膜太陽電池中的一個研究熱點。然而高速率微晶硅材料很難獲得高質量，最主要的原 因是其存在著很厚的非晶孵化層，所謂的非晶孵化層是在生長微晶硅材料時，在開始的
100nm甚至200nm制備的材料，喇曼測試顯示是非晶硅材料，而后期卻又是晶化率比 較高的微晶硅材料。針對此問題，有文章報道采用高氫稀釋和低功率來沉積低速率界面 層來改善其非晶孵化層的厚度[日本AIST的Kondo小組的文章，A. H. M. Smets, T. Matsui, and M. Kondo, High-rate deposition of microcrystalline silicon solar cells in the high pressure d印letion regime, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 104， 034508,2008]，而且也取得了一定的成果，但是此方法是在形成等離子體空間基團控制 的角度來考慮問題，實際上是通過降低硅烷濃度和功率來降低反應薄膜沉積對應的前驅 物的數量，從而降低高速率薄膜沉積初始非晶孵化層的厚度。
發明內容
本發明目的旨在提供一種改善高速沉積微晶硅材料質量的方法，該方法可以有效率 地改善高速率沉積微晶硅材料存在的非晶孵化層，而不需要降低薄膜沉積初期反應前驅 物的數量。本發明的改善高速沉積微晶硅材料中非晶孵化層的方法，包括以下步驟
1) 將襯底放在真空室內，真空控制在高于l(T5T0rr;
2) 在襯底上沉積高速率本征微晶硅薄膜；
采用等離子增強化學氣相沉積即PECVD方法沉積本征高速率微晶硅薄膜，所用反應氣 為硅垸、氫氣， 一些制備的反應沉積參數如下
反應氣體壓強0.1Torr以上；
輝光功率密度0.01~5瓦/平方厘米；
氫稀釋硅垸濃度SO ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) =2-15%;
輝光激勵頻率13.56MHz-100MHz;
3) 在上述條件下，通過改變加熱溫度來實現對反應前驅物在襯底表面遷移時間的控 制，來改善高速率沉積微晶硅材料的非晶孵化層，加熱溫度的控制涉及的范圍為100-500 。C。
所述的改善高速沉積微晶硅材料中非晶孵化層的方法，也可以使用熱絲化學氣相沉 積方法代替等離子增強化學氣相沉積方法。
本發明提出:從實現高速率微晶硅材料沉積的源頭出發，來提出改善微晶硅薄膜非 晶孵化層的方法，這主要體現在要想獲得高的沉積速率，就需要采用高功率、高氣壓 和一定的硅烷濃度的組合來增加反應前驅物的濃度，而我們認為在此情況下，存在很厚 的非晶孵化層的原因就是在一定的加熱溫度情況下，大量的反應前驅物很難有足夠的遷 移時間，這樣，由于沒有很好的遷移時間導致他們不能很好地遷移到合適的位置，從而 不能形成有序的薄膜，表觀上體現出非晶硅的結構特征。
本發明有益效果是通過改變沉積高速率微晶硅材料時的加熱溫度，而達到對反應 前驅物在襯底表面遷移時間的控制，進而達到改善材料非晶硅孵化層厚度的效果。
圖1是實施例1的激光喇曼測試結果 圖2是實施例2的激光喇曼測試結果具體實施方式
下面對本發明所述的技術方案進行詳細的說明。在本發明中，是針對高速率沉積微晶硅材料存在的非晶孵化層而提出的。制備高速 率微晶硅薄膜的沉積方法涉及等離子體增強化學氣相沉積和熱絲化學氣相沉積。
本發明改善高速率微晶硅薄膜沉積中的非晶硅孵化層的制備方法，包括以下步驟
1、 將襯底放在真空室內；
在本發明的實施例中，該襯底選用玻璃襯底，真空控制在高于10—5Torr。
2、 在襯底上沉積高速率本征微晶硅薄膜；
在本發明的實施例中，采用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)方法沉積本征微晶硅薄 膜，然并不限于此，也可以使用如熱絲技術等其它的沉積方法。
采用PECVD方法沉積本征高速率微晶硅薄膜，所用反應氣為硅烷、氫氣氣體， 一些 制備的反應沉積參數如下
反應氣體壓強0.1Torr以上；
輝光功率密度0.01~5瓦/平方厘米；
氫稀釋硅烷濃度SC= ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) =2-15%; 輝光激勵頻率13.56MHz-100MHz;
3、 為改善高速率沉積微晶硅材料的非晶孵化層，在上述條件下，我們通過改變加熱 溫度來實現對反應前驅物在襯底表面遷移時間的控制，來實現對非晶孵化層的控制，加 熱溫度的控制涉及的范圍為100-500°C。
實施例1:
采用PECVD技術，反應氣中氫氣稀釋硅垸濃度SC=3%，反應腔室中的反應氣壓保 持在2.75Torr，加熱溫度保持在245°C ，設定輝光功率密度為0.49瓦/平方厘米，輝光激 勵頻率為60MHz。沉積13分鐘，所制得的微晶硅薄膜厚度約為500nm，采用632.8nm波 長激光喇曼測試結果如圖1，從玻璃背面測試，可看出薄膜基本上是非晶，晶化率小于 5%。
實施例2:
采用PECVD技術，反應氣中氫氣稀釋硅烷濃度SC=3%，反應腔室中的反應氣壓保 持在2.75Torr，加熱溫度開始設置為270°C ，輝光前加熱溫度降低到245°C ，設定輝光功 率密度為0.49瓦/平方厘米，輝光激勵頻率為60MHz。沉積13分鐘，所制得的微晶硅薄 膜厚度約為500nm，采用632.8nm波長激光喇曼測試結果如圖2，從玻璃背面測試，可看出薄膜已經微晶化，晶化率己經大于30%。
本發明的制備方法，是針對高速率微晶硅薄膜沉積過程中，由于需要的大量反應前 驅物在襯底表面沒有很好的遷移時間而導致其非晶孵化層過厚，而提出通過改變加熱溫 度(襯底溫度)來有效降低非晶孵化層的方法。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范 圍為準。
權利要求
1.一種改善高速沉積微晶硅材料中非晶孵化層的方法，包括以下步驟1)將襯底放在真空室內，真空控制在高于10-5Torr；2)在襯底上沉積高速率本征微晶硅薄膜；采用等離子增強化學氣相沉積即PECVD方法，沉積本征高速率微晶硅薄膜，所用反應氣為硅烷、氫氣氣體，制備的反應沉積參數如下反應氣體壓強0.1Torr以上；輝光功率密度0.01～5瓦/平方厘米；氫氣稀釋硅烷濃度SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))＝2-15％；輝光激勵頻率13.56MHz-100MHz；或熱絲化學氣相沉積方法沉積微晶硅薄膜；3)在上述條件下，通過改變加熱溫度來實現對反應前驅物在襯底表面遷移時間的控制，來改善高速率沉積微晶硅材料的非晶孵化層，加熱溫度的控制涉及的范圍為100-500℃。
全文摘要
一種改善高速沉積微晶硅材料中非晶孵化層的方法，公開了一種改善高速沉積本征微晶硅薄膜中起始非晶孵化層的方法將襯底放在真空室內，采用等離子體增強化學氣相沉積或者熱絲化學氣相沉積技術在襯底上沉積高速率本征微晶硅薄膜；采用改變沉積過程中加熱溫度的辦法來改變反應前驅物在襯底表面的遷移能力，進而來改變高速率材料初期的非晶孵化層。本發明有益效果是通過改變沉積高速率微晶硅材料時的加熱溫度，而達到對反應前驅物在襯底表面遷移時間的控制，進而達到改善材料非晶硅孵化層厚度的效果。
文檔編號C23C16/52GK101550544SQ20091006878
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月11日 優先權日2009年5月11日
發明者侯國付, 鶴 張, 張曉丹, 熊紹珍, 耿新華, 穎 趙, 魏長春 申請人:南開大學