[發(fā)明專利]一種高質(zhì)量非晶硅本征層的無氫氣稀釋制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201110100648.2
• 申請日: 2011-04-21
• 公開（公告）號: CN102212797A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李媛;葉志高;郝芳;葉平平
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州天裕光能科技有限公司
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/24
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所 33206
• 代理人: 胡龍祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非晶硅薄膜電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種高質(zhì)量非晶硅本征層的無氫氣稀釋制備方法。

背景技術(shù)

目前世界范圍內(nèi)能源供應(yīng)緊張，溫室效應(yīng)、酸雨等環(huán)境問題日益嚴(yán)重。如何有效地解決能源問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)亟待解決。在此契機(jī)下，光伏電池作為一種利用自然太陽光發(fā)電的可再生能源得到了快速發(fā)展。從技術(shù)成熟程度和應(yīng)用程度上看，光伏電池主要分為晶硅電池和以非晶硅為主的薄膜電池。但非晶硅組件，由于使用非常少的半導(dǎo)體材料，如晶片電池每峰瓦需要硅材料15-20g，而薄膜電池每峰瓦僅需要硅材料為晶片電池的1/20、整個(gè)非晶硅薄膜電池組件耗費(fèi)的能量僅相當(dāng)于晶片電池的1/4左右消耗的能量，還可以避免晶硅電池片的主要原材料在生產(chǎn)加工過程中存在污染環(huán)境的問題而得到重視和研究。

非晶硅薄膜主要通過分解硅烷氣體的方法制得，通常制得的非晶硅薄膜存在大量的懸掛鍵缺陷、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定如SiH2鍵等，存在嚴(yán)重的光致衰退效應(yīng)，質(zhì)量較差。為解決這一難題，當(dāng)前廣泛流行的高質(zhì)量非晶硅薄膜的制備是采用氫氣稀釋法，即大量的氫氣稀釋硅烷的氣體進(jìn)行反應(yīng)制得，大量的氫原子將補(bǔ)償懸掛鍵缺陷，減少了光致衰退效應(yīng)，最終得到穩(wěn)定的高質(zhì)量非晶硅薄膜。但利用氫氣稀釋法制備高質(zhì)量非晶硅薄膜的過程中，存在以下問題：反應(yīng)后殘余的大量的氫氣尾氣的處理耗能——尾氣須用惰性氣體，通常是N₂，稀釋到氫氣理論爆炸濃度極限值4%以下，然后進(jìn)行燃燒處理，這個(gè)過程需耗費(fèi)大量的氣體，同時(shí)燃燒時(shí)排放大量的熱量，造成能源的浪費(fèi)和溫室效應(yīng)的加劇；同時(shí)氫氣和硅烷的氣體流量稀釋比為1/1-5/1，制備過程中氫氣使用量巨大，氣體分解能耗大。我們通過工藝研發(fā)，在無氫氣參與沉積下，采用射頻等離子化學(xué)氣相沉積制備得到的非晶硅薄膜中不穩(wěn)定鍵SiH₂物質(zhì)含量1%-5%，薄膜性質(zhì)穩(wěn)定，生產(chǎn)過程耗能少，無須氫氣，利于環(huán)保，從而消除了使用氫氣帶來的一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有氫氣稀釋硅烷造成能源的浪費(fèi)和溫室效應(yīng)的缺陷，提供一種高質(zhì)量非晶硅本征層的無氫氣稀釋制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的高質(zhì)量非晶硅本征層的無氫氣稀釋制備方法是本征層沉積時(shí)無氫氣參與，只利用硅烷氣體分解反應(yīng)制得非晶硅薄膜。

進(jìn)一步的：采用射頻化學(xué)氣相沉積設(shè)備，在低功率密度、低沉積壓強(qiáng)、無氫氣氣氛下制得。按照以下參數(shù)沉積：沉積溫度為160-270℃；沉積功率密度為0.003-0.04W/cm²；沉積壓力為30-110Pa；硅烷流量為0.5-3slm。沉積溫度為180-220℃。沉積功率密度為0.006-0.02W/cm²。沉積壓力為30-90Pa。

本發(fā)明的有益效果是：在制備過程中不使用氫氣，只利用硅烷氣體分解反應(yīng)制得非晶硅薄膜，因此不會產(chǎn)生氫氣稀釋制備方法中的大量的原材料氣體消耗和溫室效應(yīng)。本發(fā)明制得的本征層可用作薄膜電池的本征發(fā)電層。本征層薄膜中不穩(wěn)定SiH₂物質(zhì)含量1%-5%，從而發(fā)電層本征層厚度可以降低，減少了本征層缺陷，降低了載流子的復(fù)合率，從而提高非晶硅質(zhì)量。

附圖說明

圖1是非晶硅薄膜電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是SiH₄流量為0.3～0.6slm，沉積壓強(qiáng)為30Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖3是SiH₄流量為0.8～1.2slm，沉積壓強(qiáng)為60Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖4是SiH₄流量為0.8～1.2slm，沉積壓強(qiáng)為90Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖5是SiH₄流量為0.8～1.2slm，沉積壓強(qiáng)為110Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖6是沉積功率密度為0.003～0.006mW/cm2，沉積壓強(qiáng)為60Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖7是沉積功率密度為0.03～0.04mW/cm2，沉積壓強(qiáng)為60Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖8是沉積溫度為160～180℃，沉積壓強(qiáng)為60Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；

圖9是沉積溫度為250～270℃，沉積壓強(qiáng)為60Pa時(shí)非晶硅薄膜電池的I-V曲線及功率曲線圖；