[發明專利]微晶硅薄膜的形成方法

無效

• 申請號: 200710002570.4
• 申請日: 2007-01-29
• 公開（公告）號: CN101237005A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 李沅民;馬昕
• 申請（專利權）人: 北京行者多媒體科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L21/20;H01L31/0368;H01L31/042
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技術領域

本發明屬于半導體材料制備范圍，特別涉及到薄膜太陽能電池材料的制備技術。

背景技術

太陽能光伏發電是獲得有利于環境的可再生能源的重要途徑之一，最近幾年，薄膜光伏電池和大面積光伏模塊越發引起了世人的廣泛關注。尤其是氫化非晶硅、納米晶硅和微晶硅，它們隨著光伏器件在商業和住宅設施中的廣泛應用，顯示出了巨大潛力。在低于260℃這樣的相對低的溫度下生產薄膜硅光伏器件，一個顯著的特點是，可以大面積沉積與硅相關的性能優良的半導體膜層和電接觸膜層。同時，可以使用成熟先進的鍍膜設備和程序而制成生產成本較低的基板。施加在同一基板上的不同薄膜的激光劃線成型(laser?patterning)工藝，允許多個太陽能電池元件在薄膜沉積過程中直接形成集成式的大面積光伏模板。

光伏器件，也叫太陽能電池或光電轉換器，用來把輻射，比如太陽光、白熾光或者熒光等轉化成電能。這種轉化是通過所謂的光電效應產生的。當光線照射到光伏器件時，被器件的活躍區域所吸收，形成電子和空穴對，然后這些電子和空穴被器件的內置電場隔開。根據已知的使用氫化非晶硅和納米晶硅及微晶硅的太陽能電池的結構分析，內部電場是在含有由非晶硅和/或納米晶硅及微晶硅制成的p型、本征(i)型和n型膜層(p-i-n)的結構中產生。在包含p-i-n型結構的光伏電池中，當適當波長的光線被吸收時，電池的非摻雜型本征i層中就會生成電子-空穴對。在內置電場的影響下，電子-空穴被分開，電子流向n型導電區，而空穴流向另外一個p型導電區。光伏電池吸收了光之后，這種電子-空穴流就會生成光電壓。

制作光伏器件的半導體材料要有吸光能力，產生大量的電子和空穴，并且能夠盡可能多地把入射的光能轉化成有用的電能，進而提高轉化效率。在這方面，微晶硅相對于納米晶硅特別是非晶硅具有優勢，因為它可以更強的吸收長波輻射，并且具有更好的光電轉換能力，并且不存在光照下不穩定的問題。微晶硅是制作光伏器件的理想材料，因為和其它光伏電池中使用的材料，特別是多晶硅相比，它能夠在不超過幾微米的厚度下，吸收大部分的太陽能輻射，這遠遠小于晶硅太陽能電池的厚度。

正如當前技術中所知，在p-i-n型基于薄膜硅的光伏電池中，p層和n層之間的非摻雜型本征i層比p層和n層要厚得多。本征i層的作用是阻止電子和空穴在內置電場中被分離之前重新結合。通常情況下，如果輻射入射在p層上，這種結構被稱為″p-i-n″結構；而如果入射在n層上，被稱為″n-i-p″結構。當前市場上的所有基于薄膜硅的光伏模板，都是p-i-n型的。

雖然微晶硅是很有潛力的薄膜太陽能電池材料，但是它目前的明顯缺點是其生長的冗長復雜過程，而且必須使用精密而且昂貴的等離子體沉積設備，生產率非常低，同時會消耗大量高純度的源氣體(主要是氫氣)，特別是在大面積鍍膜時，其均勻性十分難以保障，特別是在高速沉積時。另外一個明顯的問題就是這種材料對于真空室中雜質非常敏感，所以通常必須使用具有多個真空室的鍍膜系統來分別沉積p層、n層和i層。如上問題使得直接使用等離子體化學氣相連續生長出的微晶硅太陽能電池不具有低成本的競爭力。所以很有必要尋求一種更簡單、可靠，便于產業化的形成微晶硅的方法。

發明內容

基于上述考慮，申請人擬訂了本發明的首要目的：提供了一種氫化微晶硅形成的方法。

本發明進一步目的，是提供一個便于產業化的微晶硅太陽能電池的形成方法。

為了達到上述發明目的，本發明提出了一個分成兩步的獲得高質量微晶硅的方法，第一步用等離子體增強化學氣相沉積的方法，獲得如圖1所示的，在基板3上形成的一個其底部為引晶層17的氫化非晶硅薄膜18，該非晶硅薄膜的生長速率不低于1納米/秒，厚度不超過3微米，使其原子結構并不十分緊湊，而有助于其后的晶化過程。第二步是在一個不小于500個大氣壓的高壓氫氣環境中，在不高于300℃的溫度下，將該材料退火處理3-10小時，從而得到適合于用做光電轉換的氫化微晶硅。非晶硅轉換成微晶硅的機制是在中溫退火時硅組織首先在引晶層的界面開始重新組合，使得仔晶不斷擴大，而這個過程又得助于滲入其中的氫氣的幫助，高壓同時也加快了晶化的過程，氫氣豐富的環境使得晶粒表面的缺陷及時得到鈍化，從而避免通常直接生長出的微晶硅所具有的較高的電子缺陷密度。這個過程的另一個優點就是所鍍的硅材料可以含有相對高的雜質，而不影響微晶硅的性能，因為這些雜質被排斥到鈍化的界面區域，而不起到對晶硅的摻雜作用。為了提高生產效率，在一個大型的高壓室內，很多個鍍有硅薄膜的基板可以被同時處理。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。