[发明专利]一种硅基异质结太阳能电池用外延硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅基异质结太阳能电池领域，特别涉及一种硅基异质结太阳能电池用硅薄膜的低温外延生长工艺。

背景技术

硅基异质结太阳能电池属于综合了第一代晶体硅电池与第二代薄膜电池优点的一种电池，外延生长工艺是一种在单晶衬底表面上沿着衬底的某个晶面(如单晶硅(100)晶面)生长一层与衬底具有相同晶格排列的单晶薄膜的方法，在现代集成电路制造中应用十分广泛。IC制造中一般采用的外延工艺主要包括三种：气相外延(VPE)、分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法。VPE技术是采用气态源，在加热衬底上热分解产生成膜基元，从而进行外延生长，其工艺简单，成膜均匀性好，是IC中最常用的工艺，但衬底温度一般比较高，在800～1150℃范围，因此也称为高温CVD。MBE技术的衬底温度比高温CVD低，可进行超薄层生长和精确掺杂，但生长速率低，对真空要求高（10^-8-10^-10Torr），设备价格昂贵，而且衬底温度也比较高，大约为400-800℃范围；高温条件下的外延生长会伴随着较严重的固-固扩散和自掺杂，并产生热应力，导致硅片翘曲变形和畸变，使这两种技术的应用范围受到限制，满足不了大规模集成电路的要求。因此，降低外延生长的温度，对于获得高质量的器件和薄膜非常重要。金属有机化学气相沉积（MOCVD）是以金属的烷基或芳基衍生物作为源，在比较低的温度下即可在衬底上分解，进行半导体化合物的外延生长，因此，具有低温的特点，但是许多有机金属化合物蒸汽有毒、易燃，这对沉积系统的气密性和废气处理有比较高的要求，而且有时反应在气相中就发生，不易控制，且难以进行原位监测生长过程。

发明内容

本发明提供一种低温条件下在单晶硅衬底上外延生长硅薄膜的制备方法，该方法制备的外延硅薄膜应用于硅基异质结太阳能电池，显著提高电池的短路电流密度J_SC。

一种硅基异质结太阳能电池用外延硅薄膜的制备方法，采用热丝化学气相沉积法在单晶硅表面外延生长硅薄膜，具体步骤如下：

A、将单面抛光N型(100)晶向FZ单晶硅片浸入浓度为2～3%的氢氟酸水溶液中保持5～20秒，去除单晶硅片表面的氧化物，然后放入反应室抽真空，真空度为2×10^-4Pa～9×10^-5Pa；衬底加热，使硅片达到表面温度260～400℃；

B、向反应室通入氢气，氢气流量为200～300sccm，通过调节热丝两端的电压使热丝温度达到1700～1900℃，压强控制在180～220Pa，维持时间为40～60秒，降低硅片表面缺陷态密度，以便促进薄膜的外延生长；

C、保持热丝温度1700～1900℃，向反应室通入氢气与硅烷，氢气与硅烷的流量比为49：1，压强控制在1～3Pa，在单晶硅片表面沉积制备厚度为1～8纳米外延生长的本征硅薄膜，即硅基异质结太阳能电池的界面缓冲层；

D、保持热丝温度1700～1900℃，向反应室通入氢气、硅烷与三甲基硼烷，氢气、硅烷与三甲基硼烷的流量比为9：1：0.002，压强控制在1～3Pa，在本征外延硅薄膜表面沉积制备厚度为15～20纳米外延生长的P型硼掺杂硅薄膜，即硅基异质结太阳能电池的发射极。

所述热丝距离单晶硅片表面的距离为4～6cm。

上述方法制备的P型硼掺杂硅薄膜的能带宽度为1.16～1.25eV，电导率为0.008～0.05 S/cm，电导激活能为0.08～0.2eV。

本发明方法制备的外延硅薄膜应用在硅异质结太阳能电池上，短路电流密度J_SC大于40mA/cm²；