[发明专利]一种离子束磁控溅射两步法制备微晶硅薄膜的方法和一种离子束磁控溅射复合镀膜的装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池用微晶硅薄膜技术领域，具体涉及微晶硅薄膜的制备方法和装置，也可以应用到异质衬底上沉积薄膜，提高薄膜粘接性能和结晶度的其他领域。 

背景技术

硅薄膜被视为薄膜太阳能电池的核心材料越来越引起人们的重视。目前制备的硅薄膜主要是以非晶态的形式存在，但非晶硅薄膜光伏电池存在转换效率低和由S-W效应引起的效率衰退等问题，微晶硅薄膜是一种纳米硅晶粒镶嵌在非晶网络中的材料，具有较高电导率、较高迁移率的电学性质及优良的光学稳定性，制备高晶化率的微晶硅薄膜可以有效克服非晶硅薄膜的不足，并且其制备技术与非晶硅薄膜完全相容，因此近年来越来越多的研究人员开展了微晶硅薄膜太阳能电池的研究工作。 

硅薄膜的结晶性能是制备高质量微晶硅薄膜的一个重要参考指标，直接影响硅薄膜太阳能电池的转化效率和稳定性。早期研究者主要采用化学气相沉积法(CVD)方法制备硅薄膜，Moonsang Kang等人采用ECR CVD方法在衬底温度300℃，不同氢气稀释比(H₂/SiH₄＝0～9)条件下制备非晶硅薄膜(Moonsang Kang，Jaeyeong Kim，Yongseo Koo，et al.Characteristics of a-Si：H films prepared by ECR CVD as a function of the H₂/SiH₄[J].Materials Chemistry and  Physics，1997(51)：152-156)。国内的王永兴等人采用常压CVD方法在450～520℃衬底温度下制备氢化非晶硅薄膜(王永兴，崔万秋，何笑明，等.常压CVD淀积非晶硅薄膜的研究[J].武汉工业大学学报，1991，13(3)：34-39)。目前国内外非晶硅薄膜太阳能电池普遍是采用CVD法来制备的，为了提高采用CVD法制备硅薄膜的晶化率，研究者主要从对沉积的非晶硅薄膜进行后处理热退火和在基体上引入种子层这两个方面着手。采用后处理热退火工艺诱导晶化提高薄膜晶化率，通常是先在基体上制备处于亚稳态的非晶硅薄膜，然后通过金属诱导晶化(MIC)，快速热退火(RTA)，固相晶化(SPC)，激光晶化退火(ELA)等技术将非晶硅转化为多晶硅薄膜，目前这方面的报道较多。Ebil O等人利用HWCVD方法固定衬底温度430℃制备非晶硅薄膜，之后采用Al诱导硅薄膜晶化(Ebil O，Aparicio R，Birkmire R.Aluminum-induced crystallization of amorphous silicon films deposited by hot wire chemical vapor deposition on glass substrates[J].Thin Solid Films，2010，519：178-183.)。Yuwen Zhao等人首先采用PECVD法在衬底温度400℃，H₂/SiH₄＝3～10条件下，以 的沉积速率沉积非晶硅薄膜，之后利用脉冲快速热退火法对样品进行后处理，制备多晶硅薄膜。处理过程包括多个周期，每一个周期中，先预加热到550℃维持60s，紧接着在850℃保温1s，整个处理过程在几分钟内完成晶化(Yuwen Zhao，Wenjing Wang，Feng Yun，etal.Polycrystalline silicon films prepared by improved pulsed rapid thermal annealing[J].Solar Energy Materials&Solar Cells，2000，62：143-148)。中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所黄金英等申请了《制备微晶硅的方法》的专利(专利号：CN1727526A)，利用紫外光辅助热退火的方法将PECVD法制备的非晶硅薄膜诱导晶化。R.H.Buitrago等人采用PECVD法在Schott AF-37玻璃衬底上于200～250℃条件下制备非晶硅薄膜，再采用固相晶化法退火处理，退火温度600-800℃，退火时间24h(R.H.Buitrago，G.A.Risso，M.Cutrera，et al.Polycrystalline silicon thin film solar cells prepared by PECVD-SPC[J].International Journal Of Hydrogen Energy，2008，33：3522-3525)。但总的说来，对样品的后处理一方面使得工艺流程复杂化，生产成本提高，另一方面，制备的薄膜在后处理过程中存在诱导金属层处理不完全及其它杂质污染等局限性。