專利名稱：多晶硅薄膜組件的制備方法
多晶硅薄膜組件的制備方法技術領域-本發(fā)明涉及多晶硅薄膜的制備及其太陽能電池使用的多晶硅薄膜的組件的形成方法。
背景技術：
硅晶太陽能電池價格昂貴，而硅原料成本占據(jù)了硅晶太陽能電池成本的50°/"0%。 因此降低太陽能電池成本，行之有效的辦法就是減少硅材料的消耗。光伏產(chǎn)業(yè)正積極探 索一系列研究方案，其中最為有效的就是采用較薄的硅襯底。目前，由于受切割工藝的 限制，太陽能電池的硅晶襯底厚度大約為200~300nm，而厚度小于100nm硅襯底制備 技術正處于研發(fā)中。最新的研究結果表明厚度為lpm的單晶或多晶硅膜就具有較好的光 電轉換效率。因此薄膜太陽能電池成為太陽能電池發(fā)展的最有潛力的方向之一。由于受 材料、效率以及穩(wěn)定性的限制，多晶硅薄膜太陽能電池成為目前最具有實用價值和市場 潛力的發(fā)展方向之一?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)的實際需要，目前研究主要集中在尋找大規(guī)模生 產(chǎn)過程中既要提高效率又要降低成本問題上的契合點。目前多采用高溫化學氣相沉積法， 該方法具有薄膜生長速率快，薄膜結晶質量好等優(yōu)點，然而這種方法需要選擇耐熱的襯 底材料， 一般要求超過140(TC,所以需要熱穩(wěn)定性很好的襯底，這些耐高溫的襯底材料 多為非金屬材料；又因為薄膜沉積與結晶需分步進行，因此有雜質污染的危險，同時由 于適合該方法制備多晶硅太陽能電池的高溫襯底是絕緣體，需研究出新的金屬接觸。因 此現(xiàn)有的多晶硅薄膜太陽能電池制備方法不適應于大規(guī)模高效率工業(yè)生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種可在常溫下制備多晶硅薄膜 組件的制備方法，使得硅襯底薄膜的制備與結晶在真空條件下同步完成，無需常規(guī)退火 處理，保證多晶硅薄膜的質量的同時降低了多晶硅薄膜太陽能電池大規(guī)模制備的成本， 提高薄膜太陽能電池轉化效率。本發(fā)明的目的可以通過采用以下技術方案來實現(xiàn): 一種多晶硅薄膜組件的制備方法， 其特征在于有如下步驟-
A. 基底清洗，在超聲清洗機中用清洗液和純凈水的混合液對基底進行表面清洗；
B. 鋁膜電極制備，將清洗好的基底放入真空室蒸鍍鋁膜；
C. 多晶硅薄膜制備，將高純硅作為耙材，當真空室體內壓強抽到2xlO""Pa后，向 真空室體充入氬氣，真空室體內壓強達到0.5~5Pa時，在安裝基底的工件車與真空室體 之間加200~1000V的偏壓，占空比為45~80%;磁場強度300~500Gs,開始磁控濺射鍍 膜，在基片鋁膜表面形成多晶硅薄膜；基片溫度為25~30°C，鍍膜時，真空室體溫度為 25~30。C;
D. 導電透明電極或梳狀電極制備，在多晶硅薄膜表面鍍制導電透明電極或者梳狀 電極；選用純度為99. 99%的氧化鋅和純度為99.99%的氧化鋁混合燒結成直流濺射耙， 其中氧化鋁含量為6~10%質量分數(shù)，將兩耙相對放置，耙間距為4(K70mm;將鍍好的多 晶硅薄膜膜層朝向兩靶，放在高于兩靶上邊緣3~10cm的位置;濺射前本底真空為2~5 X 1(^Pa,將純度為99.999。/。的氬氣通過閥門充入工作室，直至氣壓達到1~5 Pa,開啟濺射 電源，繼續(xù)通入氬氣；沉積厚度為200 500nm;
E. 減反射保護膜制備，在導電透明電極或者多晶硅薄膜和梳狀電極上制備減反射 膜開啟氟化鎂蒸發(fā)電源，蒸發(fā)電流為1500~1800A,電壓為&10V，時間為5(K100s。 如權利要求1所述的多晶硅薄膜制備方法，其特征是所述的基底的材料為玻璃、金屬材 料或是塑料柔性材料。
所述的基底的材料為玻璃、金屬材料或是塑料柔性材料。所述的基底的材料為非鋁 材料時，在步驟A與B之間有鋁膜電極制備步驟，將清洗好的基底放入真空室蒸鍍鋁膜， 所述的鋁膜電極制備步驟，采用真空熱蒸鍍的方法，真空度為5xl0"^9xl0 a，沉積厚 度為0.8 5pm;蒸發(fā)電流為400(M500A，沉積速率為10~300nm/s。
所述的多晶硅薄膜的組件的制備步驟中，所述的耙材為Czochralski-Si、多晶硅或非 晶硅，靶材硅的純度須在99.99%以上。
所述的多晶硅薄膜的組件的制備步驟中的磁控濺射為直流脈沖磁控濺射，磁控濺射 的功率為12000~16000W，功率密度為10~13W/cm2。
所述的多晶硅薄膜的組件的制備步驟中耙與基片的距離為50~500mm。
所述的多晶硅薄膜沉積厚度為l~5pm。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的多晶硅薄膜及其組件制備以高純硅為耙材，采用磁控濺射外加偏壓的方法制備多晶硅薄膜，可在常溫下直接得到高結晶度的多晶硅薄膜， 使得硅襯底薄膜的制備與結晶在真空條件下同步完成，無需后續(xù)退火處理，因此避免了 雜質污染的危險，保證了多晶硅薄膜的品質，同時大大降低了多晶硅薄膜大規(guī)模制備的 成本。其工藝簡單，可批量生產(chǎn)。


圖l:本發(fā)明多硅晶薄膜組件的結構示意簡圖2:本發(fā)明實施例1的多晶硅薄膜XRD圖(不銹鋼基底)；
圖3:本發(fā)明實施例2的多晶硅薄膜XRD圖(鋁合金基底)。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 本發(fā)明制備的裝置，見同日申請的單/多晶硅薄膜制備裝置。
實施例l: 一種多晶硅薄膜組件的制備方法。
圖l給出了本發(fā)明多晶硅薄膜組件的一種具體結構示意圖。由圖1可見，該非鋁基 底的結構為基片(A);鋁膜電極(B);多晶硅薄膜(C);導電透明電極或梳狀電極(D);減 反射保護膜(E)。
A. 基底清洗，在超聲清洗機中用清洗液和純凈水的混合液對基底進行表面清洗；
B. 鋁膜電極制備，將清洗好的基底放入真空室蒸鍍鋁膜；所述的鋁膜電極制備步 驟，采用真空熱蒸鍍的方法，真空度為5xlO、9xlO^Pa,沉積厚度為3nm;為保證能在 塑料等低熔點基底上高速沉積鋁電極，蒸發(fā)電流為40(XM500A，沉積速率為 10~300nm/s。在XRD下觀察多晶硅薄膜的結晶情況，見圖2。從圖2XRD衍射圖中可 以看出，圖中除了 Al(lll)和Al(220)外還出現(xiàn)了Si(m)， Si(220)， Si(311)明顯的衍射峰。
C. 多晶硅薄膜制備，將高純硅作為靶材，將真空室體內壓強抽到2xlO-4Pa后，向 真空室體充入氬氣，真空室體內壓強達到0.5~5Pa時，在工件車和真空室體間加 20(M000V的偏壓，占空比為45 80%;磁場強度300~500Gs，開始磁控濺射鍍膜，在 基片鋁膜表面形成多晶硅薄膜;基片溫度為25~30'C，鍍膜時，真空室體溫度為25~30。C。
D. 導電透明電極或梳狀電極制備，在多晶硅薄膜表面鍍制導電透明電極或者梳狀 電極；選用純度為99.99%的氧化鋅和純度為99.99%的氧化鋁混合燒結成直流濺射靶， 其中氧化鋁含量為6~10%質量分數(shù)，將兩靶相對放置，靶間距為40 70mm;將鍍好的多晶硅薄膜膜層朝向兩耙，放在高于兩靶上邊緣3 10cm的位置;濺射前本底真空為2 5 Xl(^Pa，將純度為99.999。/。的氬氣通過閥門充入工作室，直至氣壓達至ij1 5 Pa，開啟濺射 電源，逐漸升高功率至系統(tǒng)起輝，繼續(xù)通入氬氣；沉積厚度為200 500nm;
E.減反射保護膜制備，在導電透明電極或者多晶硅薄膜和梳狀電極上制備減反射 膜。開啟氟化鎂蒸發(fā)電源，蒸發(fā)電流為1500~1800A，電壓為6~10V，時間為50~100S。
實施例4: 一種多晶硅薄膜組件的制備方法。
以鋁合金A380為基底。
A.基底清洗，在超聲清洗機中用清洗液和純凈水的混合液對基底進行表面清洗；
經(jīng)過超聲清洗5分鐘，靜電除塵槍吹干。
B. 鋁膜電極制備，將清洗好的基底放入真空室蒸鍍鋁膜；
C. 在同一真空室內采用直流脈沖磁控濺射制備多晶硅薄膜，耙材為99.99%的多晶硅 塊體，將真空室體內壓強抽到2xl(^Pa后，向真空室體充入氬氣，真空室體內壓強達到 0.5~5Pa時，濺射時功率密度為10W/cm2，靶和基底的距離為300mm，基體溫度為 25~30°C,鍍膜時，真空室體不需加熱，溫度為25 3(TC，在工件車和真空室體間加占空 比為60%的800V的直流偏壓，沉積厚度為2,5nm，在XRD下觀察多晶硅薄膜的結晶情 況，見圖3。從圖3XRD衍射圖中可以看出，圖中除了 Al(lll)和Al (220)外還出現(xiàn)了 Si(lll)， Si(220)， Si(311)明顯的衍射峰。
D. 導電透明電極或梳狀電極制備，在多晶硅薄膜表面鍍制導電透明電極或者梳狀 電極；選用純度為99.99%的氧化鋅和純度為99.99%的氧化鋁混合燒結成直流濺射靶， 其中氧化鋁含量為6~10%質量分數(shù)，將兩耙相對放置，耙間距為40 70mm;將鍍好的多 晶硅薄膜膜層朝向兩靶，放在高于兩靶上邊緣3 10cm的位置；濺射前本底真空為2~5
X10力a，將純度為99.999。/。的氬氣通過閥門充入工作室，直至氣壓達到1~5 Pa，開啟 濺射電源，逐漸升高功率至系統(tǒng)起輝，繼續(xù)通入氬氣；沉積厚度為200-500 nm;
E. 減反射保護膜制備，在導電透明電極或者多晶硅薄膜和梳狀電極上制備減反射 膜。開啟氟化鎂蒸發(fā)電源，蒸發(fā)電流為150(M800A，電壓為6~10V，時間為5(M00S。
權利要求
1.一種多晶硅薄膜組件的制備方法，其特征在于有如下步驟A.基底清洗，在超聲清洗機中用清洗液和純凈水的混合液對基底進行表面清洗；B.鋁膜電極制備，將清洗好的基底放入真空室蒸鍍鋁膜；C.多晶硅薄膜制備，將高純硅作為靶材，當真空室體內壓強抽到2×10-4Pa后，向真空室體充入氬氣，真空室體內壓強達到0.5～5Pa時，在安裝基底的工件車與真空室體之間加200～1000V的偏壓，占空比為45～80％；磁場強度300～500Gs，開始磁控濺射鍍膜，在基片鋁膜表面形成多晶硅薄膜；基片溫度為25～30℃，鍍膜時，真空室體溫度為25～30℃；D.導電透明電極或梳狀電極制備，在多晶硅薄膜表面鍍制導電透明電極或者梳狀電極；選用純度為99.99％的氧化鋅和純度為99.99％的氧化鋁混合燒結成直流濺射靶，其中氧化鋁含量為6～10％質量分數(shù)，將兩靶相對放置，靶間距為40～70mm；將鍍好的多晶硅薄膜膜層朝向兩靶，放在高于兩靶上邊緣3～10cm的位置；濺射前本底真空為2～5×10-2Pa，將純度為99.999％的氬氣通過閥門充入工作室，直至氣壓達到1～5Pa，開啟濺射電源，繼續(xù)通入氬氣；沉積厚度為200～500nm；E.減反射保護膜制備，在導電透明電極或者多晶硅薄膜和梳狀電極上制備減反射膜開啟氟化鎂蒸發(fā)電源，蒸發(fā)電流為1500～1800A，電壓為6～10V，時間為50～100s。如權利要求1所述的多晶硅薄膜制備方法，其特征是所述的基底的材料為玻璃、金屬材料或是塑料柔性材料。
2. 如權利要求1所述的多晶硅薄膜制備方法，其特征是所述的基底的材料為玻璃、金屬材料或是塑料柔性材料。
3. 如權利要求2所述的多晶硅薄膜組件的制備方法，其特征是所述的基底的材料為非鋁材料時，在步驟A與B之間有鋁膜電極制備步驟，將清洗好的基底放入真空室蒸鍍 鋁膜，所述的鋁膜電極制備步驟，采用真空熱蒸鍍的方法，真空度為5xl04~9xl04Pa， 沉積厚度為0.8~5|im;蒸發(fā)電流為400(M500A，沉積速率為10~300nm/s。
4. 如權利要求l所述的多晶硅薄膜組件的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜組件的制備步驟中，所述的靶材為Czochralski-Si、多晶硅或非晶硅，耙材硅的純度須在 99.99%以上。
5. 如權利要求1所述的多晶硅薄膜組件的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜組件的制備步驟中的磁控濺射為直流脈沖磁控濺射，磁控濺射的功率為1200(M6000W， 功率密度為10~13W/cm2。
6. 如權利要求1所述的多晶硅薄膜組件的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜組件的制備步驟中耙與基片的距離為50 500mrn。
7. 如權利要求1所述的多晶硅薄膜組件的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜沉積厚度為1~5拜。
全文摘要
本發(fā)明涉及多晶硅薄膜的制備及其太陽能電池使用的多晶硅薄膜的組件的形成方法。一種多晶硅薄膜組件的制備方法，其主要特點包括有如下步驟A.基底清洗；B.多晶硅薄膜制備，將高純硅作為靶材，當真空室體內壓強抽到2×10^-4Pa后，向真空室體充入氬氣，真空室體內壓強達到0.5～5Pa時，在基底的工件車和真空室體間加200～1000V的偏壓，占空比為45～80％；磁場強度300～500Gs，開始磁控濺射鍍膜，在基片鋁膜表面形成多晶硅薄膜；基片溫度為25～30℃，鍍膜時，真空室體溫度為25～30℃。本發(fā)明的優(yōu)點是，可在常溫下直接得到高結晶度的多晶硅薄膜，使得硅襯底薄膜的制備與結晶在真空條件下同步完成，大大降低了多晶硅薄膜大規(guī)模制備的成本。其工藝簡單，可批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/18GK101404304SQ20081021005
公開日2009年4月8日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權日2007年10月9日
發(fā)明者令曉明, 孔令剛, 王成龍, 范多旺, 范多進 申請人:蘭州大成自動化工程有限公司;蘭州交通大學