[发明专利]一种制备多晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅薄膜的制备方法，尤其是涉及一种利用无机溶胶、硅粉和有机溶剂为原料，制备多晶硅薄膜的方法。

背景技术

多晶硅薄膜因其具有良好的光电特性，作为功能材料广泛应用于能源科学等领域，如太阳能电池等。目前，晶体硅太阳能电池依然占据着太阳能电池市场的主要地位，其主要优势在于成熟的生产工艺，丰富的原材料来源，转换效率高，稳定性好，无毒，无污染；但是，生产成本高，这严重制约其大规模应用。非晶硅太阳能电池，生产工艺简单，成本低廉，但由于转换效率不高，并且存在严重的光致衰减效应，也限制了其广泛应用。因而，各国光伏工作者把目光投向了晶体硅薄膜太阳能电池，主要是因为晶体硅薄膜太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高转换效率，高稳定性，又可以大幅度降低生产成本，并且没有光致衰减效应，即具有晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池的双重优点。而对于晶体硅薄膜太阳能电池，研究最多，应用最广泛的又属多晶硅薄膜太阳能电池，因为单晶硅薄膜太阳能电池工艺复杂，并且广泛应用仍存在问题。目前，制备多晶硅薄膜的方法比较多，如：等离子增强化学气相沉积法(PECVD)、金属诱导晶化法(MIC)、固相晶化法(SPC)、化学气相沉积法(CVD)、液相外延法(LPE)等等。而每一种方法都有各自的优缺点，如：等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，沉积温度低，衬底选择范围广，但结晶质量差，沉积速率低；金属诱导晶化法(MIC)，晶化温度低，时间短，所制多晶硅薄膜质量也好，但容易引入金属杂质，造成金属污染；固相晶化法(SPC)，生产成本低，晶粒较大，但生产周期长，缺陷密度高；化学气相沉积法(CVD)，成膜质量好，沉积速率快，晶粒大，但所需温度高，能耗大，对衬底要求比较高；液相外延法(LPE)，沉积温度低，晶粒较大，缺陷少，但沉积速率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种工艺简单，成本低廉，成膜均匀性好，膜厚便于控制，能耗低，衬底选择范围广的制备多晶硅薄膜的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，其包括以下步骤：(1)将硅粉、无机溶胶与有机溶剂混合，搅拌均匀，形成混合物；(2)将第(1)步配制的硅粉、无机溶胶与有机溶剂的混合物利用丝网印刷或喷涂法在衬底上成膜，并在200℃～600℃温度下退火，退火时间为0.1h～3h；

所述无机溶胶可以是TiO₂溶胶、ZnO溶胶、SiO₂溶胶、Al₂O₃溶胶、Fe(OH)₃溶胶或SnO₂溶胶等；

所述无机溶胶浓度为0.001mol/L～10mol/L；

所述有机溶剂可以是无水乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺或石油醚等；

所述硅粉、无机溶胶与有机溶剂的混合物由A克硅粉、B毫升无机溶胶和C毫升有机溶剂搅拌均匀形成，其中A:B:C＝(10～1):(1～10):(0.1～10)。

所述衬底可以是是玻璃衬底、金属衬底、塑料衬底或陶瓷衬底等。

本发明的特点在于：①利用丝网印刷或喷涂的方法成膜；②利用无机溶胶在退火条件下通过凝胶作用转变为凝胶时形成的网状结构来传输电荷，起到更好的传导电流的作用，减少电荷在输运过程中的复合损失，减少晶界的影响，提高光电流。

本发明工艺简单，成本低廉；成膜均匀性好，膜厚便于控制；所需晶化温度低，因而能耗低；衬底选择范围广；适用于大面积规模化流水线生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的多晶硅薄膜的XRD图谱。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但不得将这些实施例解释为对本发明保护范围的限制。

实施例1

(1)取4克硅粉先用HF酸洗涤，再用去离子水冲洗干净，在氩气保护下烘干，然后放入1毫升TiO₂溶胶(0.5mol/L)中，并加入0.1毫升无水乙醇，搅拌均匀，形成混合物；(2)将第(1)步配制的硅粉、无机溶胶与有机溶剂的混合物，利用丝网印刷于干净的玻璃衬底上，在400℃下退火0.5h，即制得多晶硅薄膜。

图1为本实施例制得的多晶硅薄膜的XRD图谱，表明薄膜为多晶硅薄膜，TiO₂为锐钛矿(四方)晶系结构。

实施例2