[發(fā)明專利]改善單室沉積本征微晶硅薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710150230.6
• 申請(qǐng)日: 2007-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN101159296A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉丹;趙穎;熊紹珍;耿新華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 廖曉榮

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及太陽電池領(lǐng)域，尤其是一種改善單室沉積本征微晶硅薄膜的制備方法。

【背景技術(shù)】

為了解決現(xiàn)有非晶硅薄膜光伏電池存在的轉(zhuǎn)換效率低和由S-W效應(yīng)引起的效率衰退等問題，近年來人們開展了微晶硅薄膜光伏電池的研究工作，這是因?yàn)槲⒕Ч璞∧げ牧舷鄬?duì)于非晶硅材料有很高的有序性，是解決硅基薄膜光伏電池穩(wěn)定性的有效途徑。薄膜微晶硅電池既具有晶體硅電池高效、高穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，又具有薄膜電池工藝簡單、節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn)，而且微晶硅電池可拓展光譜響應(yīng)范圍，其提高效率的潛力很大，成為國內(nèi)外發(fā)展的重點(diǎn)，被國際公認(rèn)為硅薄膜太陽電池的下一代技術(shù)。

微晶硅材料能夠應(yīng)用到電池有源層中，除了要有高的沉積速率外，另一個(gè)關(guān)鍵因素是微晶硅材料的質(zhì)量問題，然而由于微晶硅材料柱狀結(jié)晶自身帶來的固有結(jié)構(gòu)特性，使得材料易于引入過多的氧和大量的缺陷態(tài)，導(dǎo)致所制備的微晶硅材料呈現(xiàn)趨向n型的特征，即導(dǎo)致微晶硅材料不是本征材料，導(dǎo)電類型為電子導(dǎo)電。目前解決其n型特征的方法主要有：使用氣體純化器，來純化氣體降低材料中氧的含量；長時(shí)間的抽真空，提高本底真空度以及提高抽速，以降低氧的進(jìn)入量、改善I層薄膜質(zhì)量；人為在沉積有源層時(shí)，采用微量硼的摻雜，來補(bǔ)償材料中氧的影響，進(jìn)而改善材料質(zhì)量；改變宏觀的沉積參數(shù)，盡可能獲得缺陷態(tài)密度低的材料，從而改善材料質(zhì)量。以上這些方法，實(shí)驗(yàn)室研究證明都是能改善微晶硅薄膜質(zhì)量的有效方法。需要指出的是：對(duì)不過分講究成本的實(shí)驗(yàn)室研究而言，為探求提高材料質(zhì)量、進(jìn)而提高微晶硅電池效率、以分析問題實(shí)質(zhì)而言，選用以上這些方法無可非議。但是就產(chǎn)業(yè)化來說，有些方法需要增加新的設(shè)備(純化器)或增加新的氣路(如微量B摻雜)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)降低成本是不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明目的旨在為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種改善單室沉積本征微晶硅薄膜的制備方法，該方法改善本征微晶硅薄膜易于弱n型特征進(jìn)而改善材料的質(zhì)量，且該方法不需增加新的設(shè)備改造投資成本，有利于成本控制。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)了一種改善單室沉積本征微晶硅薄膜的制備方法，其是將玻璃襯底放在真空腔室內(nèi)，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或者熱絲技術(shù)在襯底上沉積P層微晶硅薄膜；采用和沉積P層微晶硅薄膜相同的沉積方法沉積I層本征微晶硅薄膜，根據(jù)P層微晶硅薄膜沉積后的腔室環(huán)境，對(duì)隨后生長的I層本征微晶硅薄膜進(jìn)行硼補(bǔ)償，控制該I層本征微晶硅薄膜內(nèi)硼的濃度在10¹⁶cm^-3～10¹⁷cm^-3量級(jí)范圍內(nèi)。

本發(fā)明有益效果是：在單室內(nèi)沉積完P(guān)層微晶硅薄膜后，利用腔室環(huán)境氣氛的不同，達(dá)到對(duì)隨后生長的本征材料進(jìn)行微量硼的補(bǔ)償，以便補(bǔ)償本征微晶硅材料的n型特征，從而改善薄膜的質(zhì)量，以便最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。這樣利用單室沉積和原位的補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)本征微晶硅薄膜質(zhì)量的改善，既不增加新的設(shè)備改造投資，又避免了交叉污染的難點(diǎn)，同時(shí)有效提高電池效率。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

在本發(fā)明中，當(dāng)以單室沉積技術(shù)、制備摻硼B(yǎng)的P⁺窗口的Pin型微晶硅薄膜太陽電池時(shí)，利用單室內(nèi)沉積完P(guān)層微晶硅薄膜后，I層本征微晶硅薄膜與P層微晶硅薄膜同腔室沉積的特點(diǎn)，控制腔室內(nèi)和腔壁上B的殘余量，來對(duì)隨后在P層微晶硅薄膜上生長的I層本征微晶硅薄膜進(jìn)行微量硼B(yǎng)的補(bǔ)償，以改善制備本征微晶硅薄膜的質(zhì)量。

本發(fā)明改善單室沉積本征微晶硅薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1、將帶有透明導(dǎo)電薄膜的襯底放在真空腔室內(nèi)；

在本發(fā)明的實(shí)施例中，該襯底選用玻璃襯底，真空控制在高于10^-5托。

2、在襯底上沉積P層微晶硅薄膜；

在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法沉積P層微晶硅薄膜，然并不限于此，也可以使用如熱絲技術(shù)等其它的沉積方法，但這些并不是為本發(fā)明實(shí)施例所優(yōu)選。

采用PECVD方法沉積P層微晶硅薄膜，所用反應(yīng)氣為：硅烷、氫氣、硼烷、三甲基硼，甲烷，二氧化碳和三氟化氮等氣體的組合，制備的反應(yīng)沉積參數(shù)如下：

反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0.1托以上；

輝光功率密度：10～500毫瓦/平方厘米；

襯底表面溫度：100～300℃；

氫稀釋硅烷濃度SC＝([SiH₄]/([SiH₄]+[H₂]))％≤10％；