[发明专利]用醋酸镍溶液诱导晶化非晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用醋酸镍溶液诱导晶化非晶硅薄膜的方法，属于多晶硅薄膜制备工艺技 术领域。

背景技术

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是 其中最受瞩目的项目之一。硅太阳电池是目前应用最广泛，转换效率最高，市场占有率最大 的一种太阳电池，而其原材料硅也是世界上含量第二的元素。

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度180～220μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提 拉或浇铸的硅锭上锯割而成。整个生产过程中对原料的损耗非常大。因此，近几年，人们将 目光从单晶硅逐渐转移到多晶硅甚至非晶硅上来，并且块体太阳电池逐渐向更环保更节能更 低廉的薄膜太阳电池转变。作为新一代太阳电池的代表，微晶硅薄膜太阳电池具有生产成本 低，能耗少，用料省等优点，已逐渐在新兴市场中占据一席之地。

微晶硅薄膜的制备方法按照生长膜的过程可以分为两大类：一类是直接将多晶硅沉积在 预置衬底上，其主要方法有低压化学气相沉积法(LPVD)，热丝化学气相沉积法(HWCVD)， 等离子体化学气相沉积法(PECVD)等。低压化学气相沉积法需要的衬底温度较高，不能使 用廉价的普通玻璃衬底而必须使用昂贵的石英玻璃；热丝化学气相沉积法则是沉积均匀度较 差，不适合大面积制备；另外的等离子体化学气相沉积法制得的晶硅尺寸较小，晶格缺陷较 多。基于以上的种种缺点，目前的工艺更倾向于第二类方法来制备微晶硅薄膜，即：先制备 非晶态薄膜，再通过热退火晶化为微晶硅。通常利用硅烷等原料气体，在PECVD中沉积一 层非晶硅(a-si)薄膜，再通过热处理将a-si薄膜转化为微晶硅薄膜。在这类方法中，关键是 第二步的热处理工艺，目前国际上研究的方法包括激光热退火法，快速退火法以及金属诱导 退火法。

金属诱导晶化(Metal Induced Crystallization：MIC)制备微晶硅方法是通过对制备Ni，Al， Au，Ag，Pd等金属与非晶态硅在较低温度下晶化而获得微晶硅。这主要是因为金属和硅原子 在金属与非晶态硅的界面。

相互扩散，减弱了Si-Si键的键强，同时考虑到金属与非晶态硅的较低共晶温度，从而使 非晶态硅在低于500℃时发生晶化的过程。金属诱导可以是非晶硅薄膜沉积在预先镀有金属 层的普通玻璃上，也可以是在沉积好的非晶硅薄膜上镀一层金属薄膜，其厚度不可大于非晶 硅薄膜。

金属诱导所使用的金属包括Al，Ni，Au，Ag，Pd等，由于后三种金属的诱导成本比较高， 所以目前应用最广泛的当属Al和Ni，Al在作为诱导源是会纵向扩散到非晶硅薄膜内部，Ni 在作为诱导源更多的是一种横向诱导(MILC)，即以Ni原子为中心横向影响周围的Si原子， 同时Al诱导所需要的量是Ni诱导所需要的量的10倍以上，致使Al诱导完成后在微晶硅薄 膜表面的残留比Ni要严重许多，这将大大影响制成器件的整体性能，所以本发明选用Ni作 为金属诱导源。

传统的Ni诱导晶化非晶硅薄膜是采用磁控溅射的方法溅射一层镍到薄膜表面，不仅成本 高，而且溅射有可能对薄膜本身的成膜质量造成伤害，所以本发明采用了一种更为便宜，且 更方便实用的方法来完成Ni金属诱导的过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种用醋酸镍溶液金属诱导晶化非晶硅薄膜的方法。

本发明一种用醋酸镍溶液诱导晶化非晶硅薄膜的方法，其特征在于是有以下的过程和步 骤：

a.衬底材料的预处理：采用镀有一层氧化铟锡(ITO)的普通玻璃作为衬底材料；用去 离子水和丙酮分别进行超声清洗，直到衬底ITO玻璃表面洁净，烘干后放入等离子体化学气 相沉积装置的反应室内做下一部处理；

b.非晶硅薄膜的制备：先用扩散泵对反应室抽真空至5～7Pa，然后用分子泵对反应室抽 真空至10^-4Pa以下，通入反应气体即硅烷与氢气的混合气体，进行气相沉积，使镀有ITO层 的玻璃衬底上沉积一层非晶硅薄膜；沉积时衬底的温度为150℃～250℃，沉积压强即真空度 为1.1Torr，沉积薄膜厚度为200～300nm；

c.醋酸镍溶液的配置：将四水醋酸镍晶体溶于去离子水中，配置成质量浓度为0.05～0.25％ 的镍盐溶液；