[发明专利]柔性石墨衬底多晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种能在柔性石墨衬底上生长出柔性石墨/多晶硅薄膜的方法， 用于制作多晶硅薄膜太阳电池。

背景技术

能源是人类社会存在和发展的物质基础。进入新世纪以来，由于有限的传 统石化燃料资源不断枯竭以及过度使用传统能源所带来的如温室效应等环境问 题，使得人类的生存和发展面临严重的威胁。新能源和可再生能源的开发和利 用已成为人类社会未来繁衍生息的基石。

太阳电池是利用太阳光与材料相互作用直接产生电能，是大规模开发利用 太阳能中最受瞩目的项目之一。它的应用可以解决人类社会发展在能源需求方 面的问题，并减少与燃烧石化资源相关的环境污染问题。因此太阳电池有望成 为21世纪的重要新能源，一些发达国家竞相增加技术与产业的投入以占领日益 扩大的太阳电池市场。

目前，应用最广的太阳电池是体晶体硅电池。因为硅的储量在世界上是最 丰富的，而且晶体硅太阳电池的制备工艺最成熟，也相对简单，有利于大规模 应用。但是目前传统的基于西门子法的晶体硅片制备过程存在以下问题：西门 子法还原多晶硅的工艺过程非常耗电；采用西门子法还原出的多晶硅材料，必 须经过又一个非常耗电的再次熔炼工艺过程后才能铸成多晶硅锭料；置备的多 晶硅锭料的切片过程，至少要损失三分之一的硅材料。可见，采用西门子方法 制造多晶硅片既耗能，又浪费硅材料，直接导致了多晶硅太阳电池的高价格， 严重影响了多晶硅太阳电池的应用。将硅太阳电池薄膜化是解决上述问题的最 好方法。如果在衬底上生长出多晶硅薄膜，则可以在保证制备的太阳电池具有 较高的效率和良好的稳定性的同时，大大节省硅材料，降低成本。无论相比于 传统西门子法制备的昂贵的晶体硅太阳电池，还是存在光致衰退现象的效率较 低的非晶硅薄膜电池，多晶硅薄膜电池的应用前景都具有明显的优势。

衬底的选择是制备多晶硅薄膜太阳电池的关键问题，所采用的衬底需要能 与硅材料很好的匹配，耐高温，并且价格低廉。目前实验室中用作多晶硅薄膜 太阳电池衬底的主要有不锈钢，玻璃或石英，石墨板，和一些陶瓷材料等。其 中：不锈钢在多晶硅材料的沉积过程中存在热膨胀系数差异等匹配问题；玻璃 材料存在不耐高温的问题；而石墨板及某些陶瓷材料存在一定的加工难度问题 和成本问题。由此可见，选择合适的衬底材料已成为制备多晶硅薄膜太阳电池 的一大难题。

发明内容

本发明采用柔性石墨作为衬底，在对其进行一定预处理后，制备多晶硅薄 膜太阳电池。柔性石墨具有很高的导电导热性，良好的化学稳定性，抗热冲击 以及耐高温性。与其它衬底相比，柔性石墨具有重量轻，成本低，一定角度内 可弯折，置备工艺简单，耐高温，热膨胀系与硅相近等优势，是多晶硅薄膜电 池衬底材料的极佳选择。

本发明的目的是由以下的技术方案实现的：

本发明以柔性石墨作为制备多晶硅薄膜的衬底材料，提供一种能在柔性石 墨衬底上生长出用于制作太阳电池的柔性石墨/多晶硅薄膜的方法。其主要特征 为以柔性石墨为衬底，采用化学气相沉积、电子束蒸发或磁控溅射等方法制备 柔性石墨/多晶硅薄膜。该方法具有设备简单、生长费用低、节约能耗和硅材料 等优点。

实现发明的最好方式：

1.实现发明的主要设备：

化学气相沉积反应炉；

氮气发生器(或氮气纯化设备)；

氢气发生器(或氢气纯化设备)；

尾气处理设备。

2.按照生长工艺，并根据生长设备的个体情况进行适当调整。

3.反应气体的纯度应大于6N。

4.温度控制精度应优于1K。

应用示例

生长工艺：

1.生长所用的主要设备：化学气相沉积反应炉、氮气发生器(或氮气纯 化设备)、氢气发生器(或氢气纯化设备)、尾气处理设备。

2.用三氯氢硅和氢气为原料，通过质量流量计控制他们的流量。

3.柔性石墨衬底经过预先处理，装入化学气相沉积反应炉中。

4.化学气相沉积反应炉内抽真空，待真空抽好后再往化学气相沉积反应 炉内通氢气。可以这样重复几次以减少化学气相沉积反应炉内的残余空气。

5.将化学气相沉积反应炉加热，加热温度1273—1473K。

6.待温度稳定后，通入三氯氢硅和氢气，发生如下反应