[发明专利]一种两步生长制备无孵化层微晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料制备领域，特别涉及一种微晶硅薄膜太阳能电池材料的制备方法。

背景技术

目前，能源危机和环境污染已经成为困扰人类生活、阻碍社会进步和可持续发展的重大问题。太阳能是清洁、可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发潜力。太阳能的光伏利用越来越引起世人的关注，其中微晶硅薄膜电池既具非晶硅薄膜电池节省原材料、制备工艺简单、制备过程能耗少、可以使用廉价衬底等优势，还具有多晶硅薄膜电池高光电转换效率、无光致衰减效应和长寿命的有点。因此，微晶硅薄膜被认为是目前最具潜力的光伏薄膜材料之一。

微晶硅薄膜的生长是一个不均匀的过程，在晶核形成之前，先以非晶形式生长，非晶层厚度一般在10-100nm，这层在形核前生长的非晶层被称为孵化层。非晶孵化层的存在导致微晶硅薄膜的纵向均匀性变差。在薄膜太阳能电池中，载流子是纵向传输的，非晶孵化层的存在不利于载流子的顺利传输，从而影响电池的光电转换效率。所以尽量避免或消除非晶孵化层的出现能有效改善微晶硅薄膜电池性能。

专利200710002570.4，2008年公开（微晶硅薄膜的形成方法），在该方法中，首先在基板上形成一个含有晶核的氢化硅引晶层，然后快速地用等离子体化学气相沉积法形成一个厚度不超过3微米的氢化非晶硅薄膜。随后置于高压氢气环境中，不高于300℃条件下，维持3-10小时，从而得到适合于用做光电转换的氢化微晶硅。该技术最大特点是利用引晶层，在高压氢气条件下快速使非晶硅晶化，得到微晶硅薄膜。但是，采用该种方法增加了数小时的热处理工艺，增加了制作成本。2008年《Journal of Crystal Growth》（晶体生长）刊登了的文章“诱导耦合等离子体化学气相沉积技术在玻璃衬底上生长无孵化层的高晶化硅薄膜”，提出工作气压为40Pa时生长的硅薄膜不含非晶孵化层并且具有较高的晶化率。这种通过高工作气压避免孵化层出现的方法虽然简单，但会导致气源的利用率降低及有毒气体排放，同时制备的硅薄膜含有大量的孔缺陷，薄膜抗氧化能力下降。

如上制备不含非晶孵化层微晶硅薄膜的方法存在工艺复杂、能耗高、或气源利用率低、导致有毒气体排放的缺点。为此，需要一种新的简单有效的制备不含非晶孵化层微晶硅薄膜的新方法。

发明内容

本发明克服上述不足问题，提供了一种一种两步生长制备无孵化层微晶硅薄膜的方法，在衬底上生长一层几十纳米厚的非晶硅薄膜，利用氢等离子体诱导使其晶化得到籽晶层，最后在不高于300℃的温度下在其表面继续生长得到微晶硅薄膜，从而制得不含有非晶硅孵化层的微晶硅薄膜。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种两步生长制备无孵化层微晶硅薄膜的方法，第一步，在衬底上利用等离子体增强化学气相沉积的方法制备一层非晶硅薄膜，即非晶孵化层，再利用氢等离子体处理非晶硅薄膜，使其晶化得到籽晶层；第二步，在籽晶层上按与第一步相同的条件继续沉积生长得到微晶硅薄膜。

所述第一步，微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积的方法，在微波功率600W，氢气流量20sccm，硅烷（5%体积浓度，Ar稀释）流量10sccm，基片温度200℃条件下沉积20分钟。

所述第一步，利用氢等离子体处理工艺是：微波功率600W，氢气流量20sccm，基片温度200℃。

所述第一步，非晶硅薄膜的厚度为10-70nm。

所述第一步，氢等离子体处理非晶硅薄膜的处理时间为1-10min。

所述第二步，在籽晶层上继续沉积生长得到微晶硅薄膜，其微波功率为400-700W、氢气流量为15-40sccm、硅烷流量5-10sccm、沉积温度不高于300℃、工作气压为0.1-1Pa、沉积时间为1-5h。

本发明方法简单有效，直接通过氢气放电诱导非晶层晶化得到籽晶层，有效消除微晶硅薄膜的孵化层，改善其纵向均匀性。同时该生长不含非晶孵化层微晶硅薄膜的方法无需在高温高压下生长，具有很好的成本优势。

附图说明

附图1为一种两步生长制备无孵化层微晶硅薄膜的方法的示意图。

图中，1.孵化层，2.衬底，3.籽晶层，4微晶硅薄膜。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1