[发明专利]硫硅半导体合金叠层太阳能电池的制作方法有效
申请号: | 201610052241.X | 申请日: | 2016-01-27 |
公开(公告)号: | CN105679653B | 公开(公告)日: | 2018-02-06 |
发明(设计)人: | 杨永佳;胡思福;李同彩;胡志伟;菲利克斯.胡;李晓红;刘德雄;温才;唐金龙;蒋鑫 | 申请(专利权)人: | 西南科技大学;成都特频微电子科技发展有限公司 |
主分类号: | H01L21/02 | 分类号: | H01L21/02;H01L21/24;H01L31/18 |
代理公司: | 成都立信专利事务所有限公司51100 | 代理人: | 冯忠亮 |
地址: | 621010 四川*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 半导体 合金 太阳能电池 制作方法 | ||
1.硫硅半导体合金叠层太阳能电池的制作方法,其特征在于包含以下步骤:
1)将硅基太阳能电池衬底芯片清洗烘干后,放置于真空镀膜机真空室内旋转支架上,
2)用高真空电子束镀膜装置,真空度优于3×10-3Pa,电子束加热装置的束流100-350mA,蒸镀时间5-30min,石墨坩埚盛Si块,衬底芯片置于旋转支架上,旋转支架转速5-10圈/分,蒸镀第一层Si膜,厚度0.1-1µm,
3)关闭电子束加热装置,开启钼舟热电阻加热器,加热电流50-350A,钼舟内盛高纯S粉末0.05-0.15g重量,在衬底芯片的第一层Si膜上蒸镀第二层S膜,厚度0.1-0.5µm,关闭钼舟加热器,
4)用步骤2)同样工艺在衬底芯片的第二层S膜蒸镀第三层Si膜,厚度控制在0.3-1µm,在衬底芯片的表面形成Si/S/Si三层膜,
5)关闭电子束加热装置,开启旋转支架的电加热器,3×10-3 Pa高真空度下升温至80-300℃,将Si/S/Si三层膜进行真空退火处理10-30分钟,使液态S原子向多孔的Si膜中扩散迁移,S均匀分布在多孔的Si膜中,3×10-3 Pa高真空度下的退火处理,防止S原子的氧化,
6)将衬底芯片从高真空镀膜机真空室取出,置于高温退火炉或高温氧化炉,在300-800℃高温、N2保护下热处理5-30分钟,使衬底芯片表面上的多层薄膜转变成S均匀分布致密的S/Si混合物,防止ns激光外延生长S/Si合金,S原子的外扩散造成合金体中S原子浓度的降低,
7)将衬底芯片置于可移动的真空室中,充入高纯N2至1个大气压,
8)用激光带产生装置将纳秒激光整形,形成激光带,
9)将上述激光带扫描置于可移动的真空室中的衬底芯片,在其表面形成平行等间距的条状n+(s)型S/Si半导体合金层,呈现多晶结构。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤4)中在衬底芯片的表面形成Si/S/Si三层膜基础上至少重复镀S/Si膜一次,形成Si/S/Si/S/Si五层膜,镀S工艺同步骤3)镀Si工艺同步骤2),多层膜的总厚度达到0.5-3.5µm。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于步骤7)中的真空室的体积为20×20×5cm,抽真空达10-1Pa后再充氮气,步骤8)中将532或1064nm波长的纳秒激光整形,在柱面透镜的聚焦点处形成激光带,激光带长度0.5-3cm,宽度0.5-2mm,纳秒激光脉冲宽度在1ns-800ns,重复频率10-100Hz,步骤9)中的参数如下:
(1)激光带激光能量密度5-100mj/cm2,使芯片表面S/Si混合物熔化,在其表面形成平行等间距的条状n+(s)型S/Si半导体合金层,
(2)衬底芯片移动速度50-500µm/s,
(3)条状S/Si半导体合金层宽度200nm,长度10mm,S/Si半导体合金平行条的间距为500nm,
(4)衬底芯片表面n+(s)型S/Si半导体合金层中S原子浓度到达5×1018-1020/cm3,n+(s)型S/Si半导体合金层的表面薄层电阻为10-50欧,在25-75℃环境温度下其薄层电阻具有负的电阻温度系数,
(5)S/Si半导体合金层在1.1~2.5µm太阳光近红外区的光吸收率达90%以上。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于包含以下步骤8)中调整激光带产生装置的激光光路,使散焦位置处的带状ns激光平面尺寸为宽为5mm,长为30mm,散焦位置处的激光能量密度30mj~150mj/cm2,ns激光重复频率10~100Hz,在步骤9)中使可移动的真空室内的衬底芯片处于柱面透镜聚焦点后5~30mm散焦位置,衬底芯片移动速度50~500μm/s,S/Si半导体合金层与衬底芯片表面的绒面结构呈共形覆盖。
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H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
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H01L21-02 .半导体器件或其部件的制造或处理
H01L21-64 .非专门适用于包含在H01L 31/00至H01L 51/00各组的单个器件所使用的除半导体器件之外的固体器件或其部件的制造或处理
H01L21-66 .在制造或处理过程中的测试或测量
H01L21-67 .专门适用于在制造或处理过程中处理半导体或电固体器件的装置;专门适合于在半导体或电固体器件或部件的制造或处理过程中处理晶片的装置
H01L21-70 .由在一共用基片内或其上形成的多个固态组件或集成电路组成的器件或其部件的制造或处理;集成电路器件或其特殊部件的制造