[发明专利]一种晶硅薄膜的转移制备方法

说明书

技术领域

本发明属于晶硅薄膜制备领域，涉及一种晶硅薄膜的转移制备方法。

背景技术

相较于传统的体材料晶硅电池而言，将电池薄膜化可以在很大程度上缩减用料成本，从而降低光伏电池片以及组件的成本。另一方面，薄膜化的太阳能电池还可以扩展应用领域，实现多样化的应用，从而使太阳能电池的应用更加便利。为此，薄膜硅太阳能电池长期以来是硅基太阳能电池研发的重要方向之一。目前，硅基的薄膜太阳能电池主要有两类，一类为采用PECVD工艺在玻璃衬底上直接沉积制备的非晶硅太阳能电池，另一类为晶硅薄膜太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能电池受限于非晶硅材料自身的缺陷—光致衰退效应，难以获得较高的、长期稳定的转换效率。在长期研发过程中，研究人员逐渐把目光投向于晶硅薄膜太阳能电池制备技术。高质量晶硅薄膜的制备是此类光伏电池的关键及难点所在。早期晶硅薄膜的制备工艺多采用退火技术将CVD或PVD沉积制备的非晶硅薄膜作晶化处理，从而实现晶硅薄膜。这种技术一方面工艺复杂，另一方面退火温度较高也容易导致二次损伤。随着CVD技术的发展使直接沉积高质量晶硅薄膜成为可能。但是通过CVD技术制备的薄膜直接制备在基底上面，器件的制备及应用也多与衬底一起使用，造成了半导体器件难以低成本化。通过薄膜转移的方式不仅有利于实现高成本基底材料的重复使用，还有利于于实现各类衬底上的薄膜器件，从而能够大幅度降低器件成本。

目前已有相关专利针对硅薄膜的剥离提出了不同的解决方案。专利CN103098196提出向晶硅衬底注入离子，经过退火处理形成脆化层。这种方式一定程度上也在消耗衬底材料，因此难以获得最优化的成本。专利CN201310142834提出与上述文档相似的解决方案，但是其应用过程存在更大量的衬底材料消耗。专利CN201310167373提出了与上述技术方案不同的技术路线，采用了蚀刻方式在晶硅衬底上制备硅棒阵列，以此作为脆弱的连接层，从而在工艺最后实现剥离的目的。这种方案同样会带来衬底损耗的效果。

发明内容

发明针对现有技术中存在的技术问题提出了一种晶硅薄膜的转移制备方法，具体方案如下：

一种晶硅薄膜的转移制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：在单晶硅衬底上通过CVD外延工艺以及掺杂工艺制备高杂质浓度的脆化层；

步骤二：在脆化层上面通过低温热丝化学气相沉积工艺制备具有完整晶格结构的晶硅薄膜；

步骤三：通过对脆化层的退火处理使脆化层断裂，实现晶硅薄膜与衬底之间的弱连接；

步骤四：在晶硅薄膜表面制备具有粘附性的聚合物薄膜；

步骤五：基于聚合物薄膜的粘附性以及经退火处理后的脆化层的连接力弱化，将晶硅薄膜从单晶硅衬底转移到聚合物薄膜。

上述方案中，首先在单晶硅衬底表面利用掺杂工艺制备脆化层，并在脆化层上制备晶硅薄膜，随后经过退火处理使脆化层断裂并使脆化层的连接力弱化，最后在晶硅薄膜上制备高粘附性的聚合物薄膜，并利用聚合物薄膜的高粘附性以及经退火后脆化层连接力的弱化将晶硅薄膜从单晶硅衬底处转移。

作为优选，步骤一中在脆化层的晶化率大于60%。脆化层的晶化率控制在60%可以保证后续制备得到的晶硅薄膜具有较高晶化率。

作为优选，步骤一中在脆化层制备过程中利用掺杂工艺掺杂杂质离子，杂质离子掺杂的剂量不低于10E15cm-3。

作为优选，所述的杂质离子为氢、硼、氮、氧、磷、铝、硫、碳，镁的任意一种。

作为优选，步骤一中的脆化层为单层或多层。多层脆化层不仅能够获得稳定的脆化剥离效果，还能够获得重复性良好的单晶硅薄膜。

作为优选，步骤二中晶硅薄膜增加掺杂工艺。

作为优选，步骤二中晶硅薄膜为多层材料构成的复合功能晶硅薄膜结构或器件结构。

作为优选，步骤三中的退火温度高于100℃。

作为优选，步骤四中聚合物薄膜为聚酰亚胺、PMMA、聚苯乙烯、聚丙乙烯的任意一种。

作为优选，步骤四中的聚合物薄膜为多种材料构成的复合聚合物薄膜。多种材料构成的复合聚合物薄膜能够实现晶硅薄膜向不同衬底的转移。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的一种晶硅薄膜的转移制备方法，通过制备脆化层和具有高粘附性的聚合物薄膜，实现了晶硅薄膜的转移，晶硅薄膜转移不仅有利于实现高成本基底材料的重复使用，还有利于于实现各类衬底上的薄膜器件，从而能够大幅度降低器件成本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种晶硅薄膜的转移制备方法的操作流程图。