[發明專利]一種硅基異質結太陽能電池用外延硅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210233530.1
• 申請日: 2012-07-07
• 公開（公告）號: CN102751383A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 彭壽;馬立云;崔介東;王蕓
• 申請（專利權）人: 蚌埠玻璃工業設計研究院;中國建材國際工程集團有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C30B25/02;C30B29/06
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所 34113
• 代理人: 倪波

技術領域

本發明涉及硅基異質結太陽能電池領域，特別涉及一種硅基異質結太陽能電池用硅薄膜的低溫外延生長工藝。

背景技術

硅基異質結太陽能電池屬于綜合了第一代晶體硅電池與第二代薄膜電池優點的一種電池，外延生長工藝是一種在單晶襯底表面上沿著襯底的某個晶面(如單晶硅(100)晶面)生長一層與襯底具有相同晶格排列的單晶薄膜的方法，在現代集成電路制造中應用十分廣泛。IC制造中一般采用的外延工藝主要包括三種：氣相外延(VPE)、分子束外延（MBE）和金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）方法。VPE技術是采用氣態源，在加熱襯底上熱分解產生成膜基元，從而進行外延生長，其工藝簡單，成膜均勻性好，是IC中最常用的工藝，但襯底溫度一般比較高，在800～1150℃范圍，因此也稱為高溫CVD。MBE技術的襯底溫度比高溫CVD低，可進行超薄層生長和精確摻雜，但生長速率低，對真空要求高（10^-8-10^-10Torr），設備價格昂貴，而且襯底溫度也比較高，大約為400-800℃范圍；高溫條件下的外延生長會伴隨著較嚴重的固-固擴散和自摻雜，并產生熱應力，導致硅片翹曲變形和畸變，使這兩種技術的應用范圍受到限制，滿足不了大規模集成電路的要求。因此，降低外延生長的溫度，對于獲得高質量的器件和薄膜非常重要。金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）是以金屬的烷基或芳基衍生物作為源，在比較低的溫度下即可在襯底上分解，進行半導體化合物的外延生長，因此，具有低溫的特點，但是許多有機金屬化合物蒸汽有毒、易燃，這對沉積系統的氣密性和廢氣處理有比較高的要求，而且有時反應在氣相中就發生，不易控制，且難以進行原位監測生長過程。

發明內容

本發明提供一種低溫條件下在單晶硅襯底上外延生長硅薄膜的制備方法，該方法制備的外延硅薄膜應用于硅基異質結太陽能電池，顯著提高電池的短路電流密度J_SC。

一種硅基異質結太陽能電池用外延硅薄膜的制備方法，采用熱絲化學氣相沉積法在單晶硅表面外延生長硅薄膜，具體步驟如下：

A、將單面拋光N型(100)晶向FZ單晶硅片浸入濃度為2～3%的氫氟酸水溶液中保持5～20秒，去除單晶硅片表面的氧化物，然后放入反應室抽真空，真空度為2×10^-4Pa～9×10^-5Pa；襯底加熱，使硅片達到表面溫度260～400℃；

B、向反應室通入氫氣，氫氣流量為200～300sccm，通過調節熱絲兩端的電壓使熱絲溫度達到1700～1900℃，壓強控制在180～220Pa，維持時間為40～60秒，降低硅片表面缺陷態密度，以便促進薄膜的外延生長；

C、保持熱絲溫度1700～1900℃，向反應室通入氫氣與硅烷，氫氣與硅烷的流量比為49：1，壓強控制在1～3Pa，在單晶硅片表面沉積制備厚度為1～8納米外延生長的本征硅薄膜，即硅基異質結太陽能電池的界面緩沖層；

D、保持熱絲溫度1700～1900℃，向反應室通入氫氣、硅烷與三甲基硼烷，氫氣、硅烷與三甲基硼烷的流量比為9：1：0.002，壓強控制在1～3Pa，在本征外延硅薄膜表面沉積制備厚度為15～20納米外延生長的P型硼摻雜硅薄膜，即硅基異質結太陽能電池的發射極。

所述熱絲距離單晶硅片表面的距離為4～6cm。

上述方法制備的P型硼摻雜硅薄膜的能帶寬度為1.16～1.25eV，電導率為0.008～0.05?S/cm，電導激活能為0.08～0.2eV。

本發明方法制備的外延硅薄膜應用在硅異質結太陽能電池上，短路電流密度J_SC大于40mA/cm²；