[发明专利]在基材表面上以气相沉积制备硅层的方法

说明书

本申请是专利申请号为200710003765.0的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种从基于硅的前体开始在基材表面上以气相沉积制备硅层的方法。此外本发明还涉及太阳能电池以及四氯化硅的新应用。

背景技术

越来越低成本地制备太阳能电池是一直追求的目标。

太阳能电池的基本结构通常基于基极接点、可涂覆在不具有太阳能电池性能的基材上的电活性吸收剂层、其上涂覆有发射极接点的发射极层和其上涂覆有发射极接点的抗反射层／钝化层。目前领先的太阳能电池种类即所谓硅晶片太阳能电池由200-300μm厚的Si片组成。除该硅片在制备时要耗费大量硅外，还有大量的硅作为废物损失掉。

结晶硅薄层太阳能电池(KSD太阳能电池)兼有“通常”的硅晶片太阳能电池和薄层太阳能电池的优点。由结晶硅组成的吸收剂层仅5-40μm厚，并涂覆于最廉价的基材上。不产生昂贵的高纯硅的切割损失。因此KSD太阳能电池是低成本制备太阳能电池的很有希望的选择对象。

制备KSD太阳能电池总是包括通常经气相进行的沉积薄硅层的步骤。

早已知道，通过分解气态或蒸气态的金属化合物可将硅以薄层形式沉积在基材上，即以CVD法(CVD=化学气相沉积)实施。作为特别的沉积工艺的实例是PECVD(等离子体增强化学气相沉积)法和“热线沉积”法。

为此使用含硅载体气体(前体)。该载体气体通常为甲硅烷(SiH₄)、二氯硅烷(H₂SiCl₂)或三氯硅烷(HSiCl₃)。这些化合物的缺点是其可燃性或甚至自燃性，特别是在甲硅烷情况下。因此在工业上使用所述化合物时需采取复杂和昂贵的安全措施。

发明内容

本发明的目的在于提供另一种在基材表面上沉积薄硅层，特别是适于制备太阳能电池的薄硅层的可能性。

本发明的目的依专利权利要求的说明实现的。

令人意外地发现，如果使用四氯化硅、优选高纯SiCl₄作为前体，则可以以简单而经济的方法由气相在基材表面上沉积薄硅层，特别是适于制备太阳能电池的薄硅层。

本发明通过使用四氯化硅作为前体来代替甲硅烷、二氯硅烷或三氯硅烷可避免由其带来的缺点。

与现有技术相比，可明显减少用于前体的运输、储存和处置方面的财政、技术和人员耗费，从而可以以总体上更为有利的方法沉积按本发明制备的层。

在较厚层情况下该优点特别明显，因为前体气体的价格决定了沉积的成本。

此外，在使用SiCl₄时，按本发明沉积的用于光电效应(Photovoltaik)的硅层的工艺质量在各方面均与在使用例如HSiCl₃时所得的体系一样好。

按本发明所得的太阳能电池的效率与现有技术的太阳能电池的效率也完全相当。但按本发明所得的太阳能电池由于使用SiCl₄其制备成本比现有技术的太阳能电池的成本明显更低并因而更有优势。

所以本发明的主题在于提供一种从基于硅的前体开始通过气相沉积而在基材表面上制备硅层的方法，该方法的特征在于，使用四氯化硅作为前体。

为实施本发明方法，可应用已知的装置或设备，例如用于单晶片或批量生产的可商购的反应器，或特别是为光电效应研制的反应器，如Hurrle等人介绍的ConCVD[A.Hurrle，S.Reber，N.Schillinger，J.Haase，J.G.Reichart，High Throughput Continuous CVD Reactor for Silicon Depositions，in Proc.19^th European Conference on Photovoltaik EnergyConversion，J.L.Bal W.Hoffmann，H.Ossenbrink，W.Palz，P.Helm(Eds.)，(WIP-Munich，ETA-Florence)，459(2004)]。

本发明方法优选如下进行：

-蒸发高纯的四氯化硅，需要时与选自氯化物或氢化物的一种或多种其它前体一起蒸发，和

-与载体气体，优送氩和／或氢混合，

-使气体混合物在反应室中与在该反应室中加热到800-1390℃，优选1100-1250℃的待涂覆的基材接触，

-在该基材表面上沉积薄的、需要时掺杂的硅层，和

-从反应室中排出挥发性的反应副产物。