[發明專利]一種多晶硅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110108921.6
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN102249553A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 萬青;黃晉;龔駿;竺立強;李莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34;C04B41/52
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明涉及多晶硅薄膜的制備方法，具體涉及一種低成本的多晶硅薄膜的制備方法，在多晶硅薄膜太陽能電池領域具有廣闊的應用前景。

背景技術

太陽能發電是一種可再生的環保發電方式，其發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，因此對環境不會產生污染。以太陽能發電為機理的太陽能電池正逐漸被廣泛應用，目前實用的太陽能電池按照制作材料分為晶體硅電池、GaAs電池、硅基薄膜電池、銅銦錫(CIS)薄膜電池和碲化鎘(CdTe)薄膜電池。

晶體硅太陽能電池因其效率較高、技術成熟并且原材料充足，所以占據了太陽能電池市場的大部分份額。但是，晶體硅太陽能電池的生產工藝中需要使用大量的硅材料，能耗較高，例如，通常的晶體硅太陽能電池是在厚度約200μm的硅片襯底上制成，而硅片是從提拉或澆鑄的硅錠上切割而成，因此實際消耗的硅材料更多，所以，該方法的缺點是成本較高。

與晶體硅太陽能電池相比，薄膜太陽能電池的效率雖然較低，但是其原料消耗小、制造成本低，所以被視為未來市場占有率較高的下一代太陽能技術。其中，硅基薄膜太陽能電池的發展最為迅速，已實現大規模產業化。但是，非晶硅薄膜太陽能電池由于效率低并且衰減大，極大地制約了其發展。為了獲得具有高效率、高穩定性的硅基薄膜太陽能電池，近年來出現了微晶硅、多晶硅薄膜太陽能電池。其中，多晶硅薄膜太陽能電池不僅原料消耗低，所需的硅片襯底的厚度只有晶體硅太陽能電池中所需厚度的3％左右，而且具有高效率和性能穩定的優點。

目前，制備多晶硅薄膜的方法有多種，其中化學氣相沉積法(CVD)是最廣泛使用的一種方法。CVD制備多晶硅薄膜主要有兩種途徑，一種是直接在襯底上一步沉積多晶硅薄膜；另一種是先沉積非晶硅薄膜，然后通過熱處理技術將非晶硅薄膜晶化成為多晶硅薄膜，又被稱為兩步工藝法。這兩種途徑中都需要襯底，而且對襯底材料有很高的要求。首先，高溫的工藝條件可以使襯底上的硅原子結晶良好，通常襯底溫度越高，多晶硅薄膜的質量越好，但是高溫對襯底材料提出了很高的要求，襯底材料必須滿足如下條件：具有良好的化學和機械穩定性，與硅的熱膨脹系數相匹配，耐高溫且不會引入過多的雜質污染；其次，襯底材料需要具備良好的導電性，以使太陽能電池正背面電極制作方便，而當襯底由絕緣材料構成時，太陽能電池的電極必須使用特別的結構使電極全部制作在同一面，這樣不但增加了工藝復雜性和成本，而且容易降低電池效率。除此之外，由于襯底在高溫的工藝條件下與多晶硅薄膜緊密結合在一起而不能分離，所以目前襯底是一次性使用的。目前報道的襯底材料有冶金級硅、石墨、SiC、陶瓷、玻璃和不銹鋼等，但是沒有一種襯底滿足上述全部要求。

為了避開高溫的工藝條件對襯底材料所帶來的要求，可以采用激光晶化工藝，該工藝是先在低溫下制備非晶硅薄膜，再利用脈沖激光使非晶硅薄膜局部快速升溫而晶化，由于激光處理時間很短，襯底溫度較低，所以對襯底材料的要求較低。但是，激光晶化技術設備復雜，激光處理面積很小，生產率低，難以實現大規模工業化生產。

因此，截止目前，低成本地制備大面積、大晶粒、高載流子遷移率的多晶硅薄膜依然是擺在各國研究人員面前的巨大難題。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述現有技術，提供一種多晶硅薄膜的制備方法，該方法具有成本低、簡單易行的優點，在太陽能電池、薄膜晶體管以及傳感器等領域具有潛在的應用前景。

本發明實現上述技術目的所采用的技術方案為：一種多晶硅薄膜的制備方法，首先在襯底上沉積一層SiO₂或SiN_x顆粒膜作為過渡層，接著在該過渡層上在高溫下采用化學氣相沉積技術沉積一層厚度為10微米～100微米的多晶硅薄膜，然后利用SiO₂或SiN_x顆粒膜的疏松性分離多晶硅薄膜和襯底，最后清洗去掉粘附在多晶硅薄膜上的SiO₂或SiN_x顆粒后得到多晶硅薄膜。

襯底材料優選為石英、多晶硅、單晶硅或石墨。