[發明專利]一種采用氦氫氣體混合共稀釋法制備微晶硅鍺薄膜的方法

無效

• 申請號: 200910244848.8
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN101736321A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 張建軍;張麗平;倪牮;曹宇;王先寶;趙穎;耿新華
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/42;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術領域】

本發明屬于新能源中制備薄膜太陽電池吸收層薄膜的方法，特別涉及一種采用氦氫氣體混合共稀釋法制備微晶硅鍺薄膜的方法。

【背景技術】

能源是一個國家能得以發展的動力。在化石能源日益趨于枯竭的時代，新型可替代能源的研究，將是能使國民經濟持續發展的保障和顯示國力的標志。本發明涉及一種新型材料的硅基薄膜太陽能電池以及該電池新的制備工藝，可以拓展太陽能電池的光譜響應范圍同時提高電池的光電轉換效率和穩定性，降低成本，屬于新能源中薄膜太陽電池的技術領域。

縱觀太陽能電池所利用的對象——太陽光的光譜，它在可見光部分能量只有不到50％。要想提高電池的效率，把其光譜響應延伸到1.1微米以下是非常重要的，因為這包括了太陽光90％以上的能量。鍺是一種帶隙在0.66ev的窄帶隙半導體材料，它的獨自的成膜方式很困難，但是它與硅構成的薄膜合金材料，卻有著大幅度向窄帶隙方向調制的作用。而且鍺的吸收系數比硅的高一至兩個數量級，利用薄膜中鍺的含量來提高硅基薄膜太陽能的吸收效率，已經成為太陽能電池效率提高的有效方法之一。

硅鍺材料具有比硅材料更好的優勢，在硅中加入鍺有兩個好處。第一是可以增加吸收效率，因為鍺的吸收系數比硅要高1-2個數量級。第二是可以擴展吸收光譜的范圍。因為鍺材料帶隙低，在硅材料中加入鍺可以自由調節材料的帶隙寬度，使之能夠達到太陽電池所需要的光譜響應范圍。我們知道，非晶硅的帶隙在1.8eV左右，可吸收波長小于0.7微米的太陽光。根據非晶硅太陽電池國家標準所給的數據可知，小于此波長下的太陽通量僅為全部光譜的50％左右。如果把材料的帶隙降到0.9eV左右的話，就可以吸收將近90％的太陽光。微晶硅材料帶隙遠小于非晶硅，但是，硅材料的理論最低帶隙也只有1.1eV，不論怎么調節工藝也不可能把微晶帶隙降低到比單晶硅還要低的程度。而硅鍺材料的帶隙可以做到1.1eV-0.66eV，幾乎可以吸收全部的光譜。因此使用硅鍺材料可大大提高太陽電池的效率。

在微晶硅鍺薄膜的制備中，通常用氫氣作為稀釋氣體。研究表明，H或H⁺不但容易與懸掛鍵(空位等)結合，而且能夠鈍化硅中許多深雜質和熱缺陷，使得沉積到膜表面的硅原子更容易成核結晶。但是氫稀釋方法很難解決硅鍺薄膜生長過程中H原子優先與Si鍵合的問題，使得材料中存在大量的缺陷態，影響了器件的性能。

【發明內容】

本發明的目的是鑒于上述現有技術分析和存在問題，提供一種采用氦氫氣體混合共稀釋法制備微晶硅鍺薄膜的方法，該法制備的微晶硅鍺薄膜具有窄帶隙、低缺陷和高光敏性等優點且制備工藝簡單、容易操作、制造成本低；采用該材料的硅基薄膜電池可提高光譜響應范圍、穩定性和轉化效率。

本發明的技術方案：

一種采用氦氫氣體混合共稀釋法制備微晶硅鍺薄膜的方法，包括下述步驟：1)將帶有T的玻璃襯底G放在真空室內，本底真空高于2×10^-4Pa；2)在向反應室通入反應氣體硅烷和鍺烷、稀釋氣體氦氣和氫氣的條件下，采用等離子體增強化學氣相沉積法沉積微晶硅鍺薄膜。

所述帶有T的玻璃襯底G厚度為1.5mm-2.0mm，鍍有的透明導電薄膜T為ZnO膜、SnO₂膜或SnO₂-ZnO復合膜。

所述反應氣體硅烷和鍺烷的流量為：：硅烷(5-10)sccm、鍺烷(0.5-1.0)sccm，稀釋氣體氫氣的流量為：(100-200)sccm、氦氣與氫氣的流量比為1∶1～5。

所述沉積微晶硅鍺薄膜的工藝參數為：輝光激勵頻率13.56MHz-100MHz；輝光功率密度0.1W/cm²-0.6W/cm²；反應氣體壓強60Pa-180Pa；襯底表面溫度100℃-200℃。