[发明专利]一种P型掺杂非晶硅薄膜的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别涉及一种制备P型掺杂非晶硅薄膜的方法及装置。

背景技术

在硅基薄膜太阳能电池器件中，采用P-I-N型的结构模式，其中P型掺杂的非晶硅窗口层材料的质量对整个硅基薄膜太阳电池的性能具有重要影响，在硅基薄膜太阳电池中，为减小串联电阻和减少入射光的损失，要求P 层窗口材料具有高的电导率和宽的光学带隙等，改善P 层薄膜材料的光学和电学特性是提高薄膜太阳电池性能的有效途径。通常制备P型非晶硅薄膜的方法是采用等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD）或热丝化学气相沉积技术（HWCVD），以硼烷或三甲基硼烷为掺杂源，在气相反应中进行引入硼原子实现P型掺杂的目的。但这一技术中，相比于引入磷烷进行掺杂的N型掺杂效率来说，P型掺杂效率不高，其掺杂薄膜的电导率比相同N型掺杂引入量的电导率要小一个量级，从而影响了P层薄膜的电学特性，尤其是电导率，从而对整个薄膜电池效率的提升设置了一道障碍。所以，为最大限度地提升非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率，我们需要一个更加有效的制备P型非晶硅薄膜的方法，在获得内部缺陷少的P型薄膜的基础上，实现电导率比传统CVD方法制备的薄膜电导率高的目的，进而以其作为非晶硅薄膜的窗口层材料，提升电池的光电转换水平。

发明内容

针对现有技术中通过硼掺杂制备P型非晶硅薄膜的掺杂效率低下的问题，本发明提出一种掺杂效率高、薄膜缺陷低的P型非晶硅薄膜的制备方法及装置，用以硅基薄膜太阳能电池的窗口层材料，实现电池效率的显著提升。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现，一种P型掺杂非晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，在真空腔室中设置金属钽丝作为进行化学气相沉积的热催化器，对制备非晶硅薄膜的反应气体进行分解，并将分解物之间反应形成的硅基薄膜沉积在AZO导电玻璃上，其中钽丝与衬底板之间的距离为10~15cm；钽丝的直径为0.5~0.8mm，通过电加热，使钽丝温度为1700~1750℃；在真空腔室中设置一个热反应蒸发器，以铝作为蒸发源，以钽丝缠绕的陶瓷坩埚作为加热体，放置铝的陶瓷坩埚表面法线与衬底板平面之间的夹角为75~85℃，坩埚口距衬底板的竖直距离为5~8cm，在进行钽丝分解混合气体进行化学气相沉积的同时，控制陶瓷坩埚外壁所缠绕的钽丝温度为1200~1300℃，进行热反应蒸发铝材料，进行非晶硅薄膜的铝掺杂，从而形成P型掺杂的非晶硅薄膜；

所述制备方法包括以下操作步骤：

将AZO导电玻璃放入真空腔室的衬底板上，向真空腔室同时通入混合反应气体氢气和硅烷，氢气、硅烷的流量比为（1~1.5）∶1，通过衬底加热器控制衬底板的温度为200℃，对热催化器钽丝通过电加热至1700~1750℃，通过控制反应气体的流量使真空腔室体内反应气体的气压为5~10Pa，然后开启热反应蒸发系统，并调节缠绕在陶瓷坩埚上钽丝的通电电流，使该钽丝温度为1200~1300℃，最后打开磁控溅射靶材制备P型掺杂的非晶硅薄膜。

一种制备P型掺杂非晶硅薄膜的装置，包括一个真空腔室，真空腔室内设有衬底板，衬底加热器，衬底挡板，真空腔室的底部接有真空泵，其特征在于，真空腔室的上方设有与直流电源电连接的金属钽丝和反应气体的进气通道，真空腔室的侧壁装有热反应蒸发器，热反应蒸发器的出口接有陶瓷坩埚，陶瓷坩埚表面法线与衬底板平面之间的夹角为75~85℃，陶瓷坩埚口距衬底板的竖直距离为5~8cm，钽丝距衬底板的距离为10~15cm，陶瓷坩埚的外表面缠绕钽丝，陶瓷坩埚内部设置两层开有圆孔的蒸发掩膜板。

进一步的，近坩埚口的蒸发掩膜板上开的圆孔数大于近坩埚底的蒸发掩膜板上开的圆孔数。

有益效果：本发明所采用钽丝催化的化学气相沉积技术与热反应蒸镀铝的技术中，均不存在离子轰击效应，不会造成非晶硅薄膜的膜面损伤及内部缺陷，且可以方便地调节热反应蒸发的钽丝温度来控制铝掺杂量的大小，有效控制掺杂浓度，以获得非晶硅薄膜太阳能电池用P型硅薄膜层。现有技术生产的P型非晶硅薄膜，电导率为1~2×10^-2 S/cm，能带宽度为1.7~1.75eV，采用本发明的方法和装置生产的P型非晶硅薄膜，电导率为5×10^-2 S/cm ~6×10^-2 S/cm S/cm，能带宽度为1.78~1.84eV。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为陶瓷坩埚内部结构示意图；

图3为陶瓷坩埚外部电路连接图。

具体实施方式