[發明專利]非晶硅薄膜的處理方法

無效

• 申請號: 200710002574.2
• 申請日: 2007-01-29
• 公開（公告）號: CN101235490A
• 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: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513;C23C16/24;C23C16/52;H01L31/0216
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于太陽能電池材料的制備范圍，特別涉及到氫化非晶硅薄膜的處理方法。

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，薄膜太陽能電池代表著光伏技術的發展趨勢。基于硅薄膜的太陽能電池具有低成本，便于大面積集成制造的優點，但是其轉換效率偏低。光電轉換的過程完全發生在由本征非晶硅構成的i層之中，而p層和n層的作用是在相對厚的i層中建立內置電場，以便收集i層中的光致載流子。非晶硅p-i-n型太陽能電池的穩定性，幾乎完全取決于非摻雜的非晶硅i層的穩定性。這類電池的初始光電轉換效率隨著i層厚度的增加而提高，但非晶硅電池所具有的光致衰減也隨i層厚度的增加而更為明顯，特別是當p-i-n型太陽能電池的i層厚度超過300納米時，也就是說，轉換效率和穩定性不易兼得，從而極大的限制了這類電池的應用。因為薄電池的轉換效率通常比較低，一個流行的解決這一問題的方法就是采用多結電池技術，也就是將兩個或更多個基于非晶硅的太陽能電池重疊在一起。但是采用這種多結電池的技術具有諸多缺點，包括器件結構復雜、生產工序難以掌握、設備及生產成本偏高，所以很難被大規模的應用到太陽能發電中。所以很有必要尋求一種改善i層的穩定性的鍍膜方法，使其改進p-i-n型非晶硅太陽能電池的穩定性和轉換效率。

引起非晶硅光致衰退的主要原因是由于非晶硅中原子網絡無序，有很多高度扭曲的易于被打破的原子鍵，而這種鍵的斷裂是引起電子缺陷密度在光照下增長的直接原因。其根本解決辦法是減少這種無序材料中的內應力，也就是減少被高度扭曲的原子鍵的密度，改善所形成的硅原子結構。一個重要的考慮就是改善薄膜中氫原子的分布和它們與硅原子的鍵合形式，因為很多實驗表明，與氫化非晶硅光致衰退直接有關的懸空鍵的形成及消失，都與材料中原子氫的運動有關。

發明內容

基于上述考慮，申請人擬訂了本發明的首要目的：本發明提供了一種改善非摻雜的較低溫度下形成的氫化非晶硅的光照穩定性的方法。

本發明進一步目的是，提供一種相對穩定的p-i-n型的非晶硅光伏器件。

為了達到上述發明目的，本發明采用了一種使得低溫度化學氣相沉積的氫化非晶硅變得更穩定的處理方法。將沉積好的氫化非晶硅薄膜或其器件置于不小于50個大氣壓的高壓氫氣環境中，更好是不小于200個大氣壓，最好是不小于1000個大氣壓，持續在一個不高于非晶硅初始沉積時所使用的基板溫度，比如120-200℃范圍內，維持1-3小時。如果被處理的是p-i-n型光伏器件，在高壓處理時可以選擇性的向非晶硅薄膜器件施加直流偏壓。氫氣壓力越大所需要的處理時間越短。惰性氣體，例如氬氣也可以被添加到氫氣中。經過這種“高壓氫氣退火”處理的p-i-n型氫化非晶硅太陽能電池具有更穩定的光電轉換效率。

這種高壓氫氣處理的作用，是讓額外的氫氣擴散進入非晶硅網絡，使得硅組織可以重建和松動，除去潛在的生成缺陷的硅鍵。一個結果是：這種薄膜中的原子氫的含量明顯增加，使得硅組織中的氫含量達到飽和狀態，氫的運動(移動)不再導致不良后果。如果有硅-硅鍵被打斷，附近的原子氫也會迅速的移動過來將兩個懸空鍵消除。

用本發明所述的方法處理后的非晶硅薄膜的結構會變得更為緊湊，更加能夠抵抗光致衰退。這種方法也可被用來處理氫化納米晶硅，為缺氫的納米晶硅提供更多的氫，從而降低電子缺陷密度，從而更適合于太陽能電池的應用。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

附圖顯示了一個高壓處理非晶硅薄膜的裝置。

具體實施方式

如附圖所示，將沉積于基板3上的氫化非晶硅薄膜或其器件8安放在一個具有加熱功能的支承底座11上，再置于一個密封的箱體10中，在箱體中引入主要成分為氫氣31的氣體，其壓力不小于50個大氣壓，更好是不小于200個大氣壓，最好是不小于1000個大氣壓，將基板溫度使用支承底座加熱，使溫度維持在一個不高于非晶硅初始沉積時所使用的基板溫度，比如120-200℃范圍內。維持上述狀態1-3小時。如果被處理的是基于氫化硅薄膜特別是基于非晶硅的p-i-n型光伏器件，在上述高壓處理時可以選擇性的向p-i-n結構施加直流偏壓89。