[發(fā)明專(zhuān)利]一種Ni摻雜晶硅中間帶材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310726455.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103681900A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳朝;陳蓉;范寶殿
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/0264
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/0264;H01L31/18
• 代理公司: 廈門(mén)南強(qiáng)之路專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶體硅，尤其涉及一種Ni摻雜晶硅中間帶材料及其制備方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是未來(lái)最理想的潔凈可再生能源之一，近些年太陽(yáng)電池的研究主要圍繞降低電池生產(chǎn)成本和提高太陽(yáng)電池效率兩個(gè)大方向而進(jìn)行。通過(guò)能帶工程在硅的禁帶中引入新的中間能帶，能夠提高硅材料對(duì)可見(jiàn)光范圍的吸收和拓展紅外吸收范圍，在不改變開(kāi)路電壓的同時(shí)提高短路電流，從而大幅提高硅基中間帶太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

目前在半導(dǎo)體中引入中間帶主要有兩種方式：（1）量子點(diǎn)中間帶，即利用能帶剪裁或量子尺寸效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生中間帶；（2）雜質(zhì)中間帶，即摻入高濃度的深能級(jí)雜質(zhì)形成雜質(zhì)中間帶。通過(guò)在一種材料中注入其它的元素形成中間帶，技術(shù)更簡(jiǎn)單成本相對(duì)較低，且很有希望能將該技術(shù)應(yīng)用于目前主流的太陽(yáng)電池材料Si中，易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

要獲得雜質(zhì)中間帶，需要采用非平衡態(tài)技術(shù)，使深能級(jí)雜質(zhì)的摻雜濃度高于Mott極限濃度(Luque?Antonio,MartíAntonio,Antolín?Elisa,Tablero?César.Intermediate?bands?versus?levels?in?non-radiative?recombination[J].Physica?B:Condensed?Matter2006;382(1):320-327)。目前已報(bào)道的成功在硅中引入雜質(zhì)中間帶的元素金屬有鈦(Olea?J,Toledano-Luque?M,Pastor?D,San-Andrés?E,Mártil?I,González-Díaz?G.High?quality?Ti-implanted?Si?layers?above?the?Mott?limit[J].Journal?of?Applied?Physics2010;107(10):103524-5)，非金屬元素有、硫、硒和碲；而以金屬作為深能級(jí)雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)飽和摻雜所采用的非平衡態(tài)技術(shù)主要是：先采用離子注入，再進(jìn)行脈沖激光退火。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供通過(guò)一維線(xiàn)型連續(xù)激光輻照摻雜制備的一種Ni摻雜晶硅中間帶材料及其制備方法。

所述Ni摻雜晶硅中間帶材料的載體為晶體硅，在晶體硅中摻雜Ni雜質(zhì)，Ni元素在晶體硅中的濃度大于5.9×10¹⁹cm^-3，摻雜Ni雜質(zhì)形成雜質(zhì)中間帶。

所述Ni摻雜晶硅中間帶材料的制備方法，包括如下步驟：

1）使用磁控濺射法或蒸發(fā)鍍膜法在硅片表面制備一層Ni薄膜；

2）使用一維線(xiàn)型連續(xù)激光對(duì)Ni薄膜進(jìn)行激光輻照；

3）用氫氟酸溶液對(duì)激光輻照后的硅片進(jìn)行腐蝕后，得Ni摻雜晶硅中間帶材料。

在步驟1）中，所述硅片的厚度可為200～500μm，所述Ni薄膜厚度與硅片厚度之比可為（1～3）∶1000。

在步驟2）中，所述激光輻照所用的激光包括但不限于YAG：Nd一維線(xiàn)型連續(xù)激光，激光器輸入功率可為900～1250W；激光器的掃描速率可為2～10mm/s。

在步驟3）中，所述氫氟酸溶液的質(zhì)量濃度可為10%～40%；所述腐蝕的時(shí)間可為5～15min。

本發(fā)明具有以下效果：

1）本發(fā)明所述Ni摻雜晶硅中間帶材料能明顯提高紅外光譜的吸收，提高少子壽命，使用該材料制備的中間帶電池能明顯提高太陽(yáng)能電池對(duì)紅外部分太陽(yáng)光的利用率，減少電池的發(fā)熱，提高電池效率，成本低，制作快速簡(jiǎn)便；由于該材料是硅基光電材料，故易與硅基的光電器件集成，也易與硅微電子加工工藝兼容，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2）本發(fā)明制備的的Ni摻雜晶體硅中間帶材料的少子壽命從10μs以下提高到50～200μs（測(cè)試儀器為WT1000B少子壽命測(cè)試儀）；與未經(jīng)摻雜處理的原始硅片相比，經(jīng)過(guò)處理后得到的Ni摻雜晶體硅中間帶材料對(duì)1～3μm波段紅外光的吸收率提高了30%以上。這種材料不僅提高了硅材料的光吸收，還提高材料的少子壽命，使用該材料制作的太陽(yáng)能電池能夠大大提高電池的效率。同時(shí)該材料還能用于制作光電探測(cè)器。

3）本發(fā)明所提供的制備方法解決了Ni雜質(zhì)在硅材料中超過(guò)Mott極限濃度的摻雜問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是原始硅片少子壽命的測(cè)試結(jié)果。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得中間帶材料少子壽命的測(cè)試結(jié)果。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2所得中間帶材料少子壽命的測(cè)試結(jié)果。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例3所得中間帶材料少子壽命的測(cè)試結(jié)果。

具體實(shí)施方式