[發明專利]一種P型摻雜非晶硅薄膜的制備方法及裝置

有效

• 申請號: 201310548415.8
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103590015A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 彭壽;王蕓;馬立云;崔介東
• 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: C23C16/24
• 分類號: C23C16/24;C23C14/26;C23C14/04;H01L31/18;H01L31/20
• 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

本發明涉及薄膜太陽能電池技術領域，特別涉及一種制備P型摻雜非晶硅薄膜的方法及裝置。

背景技術

在硅基薄膜太陽能電池器件中，采用P-I-N型的結構模式，其中P型摻雜的非晶硅窗口層材料的質量對整個硅基薄膜太陽電池的性能具有重要影響，在硅基薄膜太陽電池中，為減小串聯電阻和減少入射光的損失，要求P?層窗口材料具有高的電導率和寬的光學帶隙等，改善P?層薄膜材料的光學和電學特性是提高薄膜太陽電池性能的有效途徑。通常制備P型非晶硅薄膜的方法是采用等離子體增強化學氣相沉積技術（PECVD）或熱絲化學氣相沉積技術（HWCVD），以硼烷或三甲基硼烷為摻雜源，在氣相反應中進行引入硼原子實現P型摻雜的目的。但這一技術中，相比于引入磷烷進行摻雜的N型摻雜效率來說，P型摻雜效率不高，其摻雜薄膜的電導率比相同N型摻雜引入量的電導率要小一個量級，從而影響了P層薄膜的電學特性，尤其是電導率，從而對整個薄膜電池效率的提升設置了一道障礙。所以，為最大限度地提升非晶硅薄膜太陽能電池的光電轉換效率，我們需要一個更加有效的制備P型非晶硅薄膜的方法，在獲得內部缺陷少的P型薄膜的基礎上，實現電導率比傳統CVD方法制備的薄膜電導率高的目的，進而以其作為非晶硅薄膜的窗口層材料，提升電池的光電轉換水平。

發明內容

針對現有技術中通過硼摻雜制備P型非晶硅薄膜的摻雜效率低下的問題，本發明提出一種摻雜效率高、薄膜缺陷低的P型非晶硅薄膜的制備方法及裝置，用以硅基薄膜太陽能電池的窗口層材料，實現電池效率的顯著提升。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現，一種P型摻雜非晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，在真空腔室中設置金屬鉭絲作為進行化學氣相沉積的熱催化器，對制備非晶硅薄膜的反應氣體進行分解，并將分解物之間反應形成的硅基薄膜沉積在AZO導電玻璃上，其中鉭絲與襯底板之間的距離為10~15cm；鉭絲的直徑為0.5~0.8mm，通過電加熱，使鉭絲溫度為1700~1750℃；在真空腔室中設置一個熱反應蒸發器，以鋁作為蒸發源，以鉭絲纏繞的陶瓷坩堝作為加熱體，放置鋁的陶瓷坩堝表面法線與襯底板平面之間的夾角為75~85℃，坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，在進行鉭絲分解混合氣體進行化學氣相沉積的同時，控制陶瓷坩堝外壁所纏繞的鉭絲溫度為1200~1300℃，進行熱反應蒸發鋁材料，進行非晶硅薄膜的鋁摻雜，從而形成P型摻雜的非晶硅薄膜；

所述制備方法包括以下操作步驟：

將AZO導電玻璃放入真空腔室的襯底板上，向真空腔室同時通入混合反應氣體氫氣和硅烷，氫氣、硅烷的流量比為（1~1.5）∶1，通過襯底加熱器控制襯底板的溫度為200℃，對熱催化器鉭絲通過電加熱至1700~1750℃，通過控制反應氣體的流量使真空腔室體內反應氣體的氣壓為5~10Pa，然后開啟熱反應蒸發系統，并調節纏繞在陶瓷坩堝上鉭絲的通電電流，使該鉭絲溫度為1200~1300℃，最后打開磁控濺射靶材制備P型摻雜的非晶硅薄膜。

一種制備P型摻雜非晶硅薄膜的裝置，包括一個真空腔室，真空腔室內設有襯底板，襯底加熱器，襯底擋板，真空腔室的底部接有真空泵，其特征在于，真空腔室的上方設有與直流電源電連接的金屬鉭絲和反應氣體的進氣通道，真空腔室的側壁裝有熱反應蒸發器，熱反應蒸發器的出口接有陶瓷坩堝，陶瓷坩堝表面法線與襯底板平面之間的夾角為75~85℃，陶瓷坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，鉭絲距襯底板的距離為10~15cm，陶瓷坩堝的外表面纏繞鉭絲，陶瓷坩堝內部設置兩層開有圓孔的蒸發掩膜板。

進一步的，近坩堝口的蒸發掩膜板上開的圓孔數大于近坩堝底的蒸發掩膜板上開的圓孔數。

有益效果：本發明所采用鉭絲催化的化學氣相沉積技術與熱反應蒸鍍鋁的技術中，均不存在離子轟擊效應，不會造成非晶硅薄膜的膜面損傷及內部缺陷，且可以方便地調節熱反應蒸發的鉭絲溫度來控制鋁摻雜量的大小，有效控制摻雜濃度，以獲得非晶硅薄膜太陽能電池用P型硅薄膜層。現有技術生產的P型非晶硅薄膜，電導率為1~2×10^-2?S/cm，能帶寬度為1.7~1.75eV，采用本發明的方法和裝置生產的P型非晶硅薄膜，電導率為5×10^-2?S/cm?~6×10^-2?S/cm?S/cm，能帶寬度為1.78~1.84eV。

附圖說明

圖1為本發明的裝置結構示意圖；

圖2為陶瓷坩堝內部結構示意圖；

圖3為陶瓷坩堝外部電路連接圖。

具體實施方式