[發明專利]從聚合物改性的液體硅烷配制劑形成的硅涂層

無效

• 申請號: 201080052061.2
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN102597317A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: B.施蒂策爾;M.帕茨
• 申請（專利權）人: 贏創德固賽有限公司
• 主分類號: C23C18/14
• 分類號: C23C18/14;C23C18/12;C07F7/08;H01L21/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉維升;林森

本發明涉及包括至少一種硅烷和至少一種碳聚合物的配制劑，和涉及在涂有該配制劑的基材上的硅涂層的生產。

太陽能電池的常規生產方法在于摻雜半導體基材利用植入或擴散的相反摻雜，在摻雜半導體基材上的相反摻雜半導體層利用取向生長的沉積，或不同摻雜的半導體層在減壓下從氣相的沉積。所提及的方法也以各種變型使用。

現有方法的缺點是由于需要真空技術、高溫和/或在高成本和較大麻煩下制備的基材所必然引起的復雜性。為了避免這一復雜性，人們嘗試從液體硅烷生產半導電或光伏活性層或層序。

硅烷能夠利用旋涂器從該硅烷的液相沉積。從其獲得的層能夠通過合適的熱處理來穩定化，使得它們典型地具有微晶、納米晶體和無定形結構的混合物。此類微晶、納米晶體和/或無定形層這里和以下是指“多形態的”。多形態層的晶體結構的準確區別和定義在大多數情況下不是很可能，或對于預定的應用來說是不太重要的。

從硅烷生產硅層的方法是本領域中的那些技術人員已知的。例如，GB?2077710教導了通過SiH₂Cl₂與堿金屬的同時還原和聚合反應所進行的制備通式-(SiH₂)-的聚硅烷的方法，其中n≥10。此類高級硅烷用作硅層的前體，該硅層例如用于太陽能電池。對于n具有較小值(即n≤4)的硅烷Si_nH_2n+2，JP?7267621教導了從此類硅烷的膜生產硅層的方法，該硅烷首先在冷卻條件下用UV光輻射和然后加熱至高于400℃的溫度。EP?1?284?306公開了硅膜能夠按照類似的方式從通式Si_nH_2n的環狀硅烷，和通式Si_nH_2n+2的開鏈硅烷生產，其中在各情況下3≤n≤10。這里，這些硅烷例如通過加熱和/或紫外線輻射來部分地或完全地低聚。另外，添加特定的磷化合物或硼化合物以便實現n-或p-摻雜。

此類層的上述生產方法以及這些層本身具有相當大的缺點。因此，一方面，液體硅烷化合物，單獨或在配制的溶液中，具有極低的極性。其結果是由該配制劑組成的膜在涂覆操作中的鋪展性是差的以及在涂覆設備的剪切作用結束之后膜發生收縮。這使得涂層甚至在濕膜階段完全地或部分地變成可逆的，并且其結果是獲得不完全覆蓋的基材，例如被由覆蓋和未覆蓋區域組成的豹皮結構所覆蓋。通過減少在配制劑中的硅烷含量和/或通過更高的剪切作用，例如旋涂器的高速度，有可能在較低程度上抵消這些膜缺陷。然而，此類措施會導致獲得薄的膜，并且幾乎不可能超過100?nm的膜厚度。

在薄膜形成上的一定改進以及在膜的收縮效應上的減少也可通過液體硅烷的低聚或通過硅烷低聚物在液體配制劑中的溶解來實現。然而，這些措施受到以下事實所限制：較高分子量的低聚硅烷不溶于低分子量硅烷中和不溶于在其中添加的溶劑中，并且，例如根據EP?1?284?306，僅僅約10wt%的低聚物可溶于液體硅烷配制劑中。因為硅烷低聚物具有低的極性和必須不具有非常高的分子量以便仍然溶于低分子量硅烷中，所以以這種方法能夠實現僅僅輕微的改進。不完全覆蓋基材的傾向因此得到維持。

1-3μm的較高層厚度尤其對于太陽能電池的下層(已知為基礎層）是有利的。液體硅烷的較厚層是通過較高粘度的配制劑和/或通過多層的構建來實現的。然而，對于通過多次涂覆所實現的多層的構建，仍然有基材的不充分涂覆的問題。雖然有通過反復的涂覆步驟來覆蓋先前未覆蓋的區域的一定可能性，但是，所獲得的多個層具有較大的厚度變化。此外，由于這些方法的隨意結果，這些是不可再現的。

在作為基材的硅上，沒有任何問題可獲得液體硅烷型硅層。然而，根據現有技術不可能在合適的基材上獲得第一種內聚性硅層，以便然后能夠更容易地構建其它層。因此不可能利用旋涂沉積法或類似方法來生產以薄的多形態硅層的一個序列為基礎的太陽能電池。因此不可能獲得能夠吸收足夠的太陽光的層結構。

此外，以上列出的程序也不允許該層具有一種結構。該層的結構化是令人希望的，因為光吸收能夠不僅借助于層厚度本身，而且借助于硅層的結構化來提高。光線能夠被邊緣和凹穴折射許多次，這些邊緣和凹穴等同于折射指數對比度，導致在光伏有源介質中光路的延長。因此有在效率上更高的光可用于光伏操作。結構化能夠在普通的晶片中或CVD工藝中實現，例如通過利用刻蝕工藝使得層表面變粗糙，但是不能以簡單的方式在液體硅烷型硅層上實現。