專利名稱：一種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池材料制備領(lǐng)域，具體是一種在氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃上制備帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
隨著全球能源日趨緊張，生態(tài)環(huán)境日趨惡劣，世界各國都在積極發(fā)展可再生能源，而我國石油高度依賴進(jìn)口，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源環(huán)境等問題尤為嚴(yán)峻，對可再生能源的需求更為迫切。其中，太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢，被認(rèn)為是能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境惡化的最佳解決途徑,并已成為研究熱點(diǎn)。目前商業(yè)化太陽能電池仍然以第一代的單晶和多晶體硅為主，占市場份額90%以 上。但提取太陽能級單晶硅和多晶硅成本大，使其價格上難以與傳統(tǒng)能源相競爭，為了減少成本，發(fā)展了第二代薄膜太陽能電池，薄膜太陽電池因其低成本和較為簡單的制作工藝等優(yōu)勢受到了廣泛的關(guān)注，目前商業(yè)化的有非/微晶硅薄膜太陽能電池。然而非/微晶硅薄膜太陽能電池因其薄膜質(zhì)量較低，效率受到限制，一般不超過10%，為了在不增加成本的情況下進(jìn)一步提高薄膜電池的效率，人們提出了很多策略，其中與納米技術(shù)結(jié)合，引入包括硅納米線等在內(nèi)的各種硅納米結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是發(fā)展新型高效硅薄膜太陽能電池的一種理想的方式。硅納米線因其巨大的比表面積，能大大增加對光的捕獲能力和利用率，并增加對光譜的吸收范圍，被認(rèn)為是太陽能電池的理想材料，并且不需要傳統(tǒng)的襯底表面織化工藝。一般來說硅納米線是通過氣液固(VLS)生長機(jī)制獲得的，VLS 一般是先在襯底表面蒸鍍(或者是濺射)上一層金屬(一般是金)納米點(diǎn)，然后在共融溫度(金是363攝氏度)以上通入硅烷等前驅(qū)期氣體進(jìn)行納米線生長。然而其有以下局限性(1)引入的金等催化劑會產(chǎn)生缺陷，不利于材料的電學(xué)性能；(2)—般所用催化劑都是貴金屬，成本高(3)處理溫度較高，不利于在柔性襯底上生長，能耗也較大。因此開發(fā)制備硅納米線的新方法，取代貴金屬催化齊U，降低制備溫度，對于降低硅納米線薄膜太陽能電池成本尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種制備帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的方法，利用低溫等離子體直接在氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃上制備帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜，與通過傳統(tǒng)VLS制備方法相比，這種方法制備納米線不需要貴金屬催化劑，不需要高溫，在一百攝氏度以下就可完成，且一次制備出硅納米線絨面和非/微晶硅薄膜。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
在一百度以下低溫下，對硅烷、氫氣、保護(hù)氣的混合氣體進(jìn)行等離子體放電，轟擊氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃表面一步制成帶硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜。
所述等離子體為氫等離子體，或者為其同位素等離子體，等離子體是通過微波電子回旋共振產(chǎn)生的，也可以是電感耦合(ICP)或者電容耦合(CCP)產(chǎn)生。一種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法，包括以下步驟
(1)清洗基片將15mmX15mmXlmm的氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃基片用去離子水在超聲儀中清洗30分鐘，然后在無水乙醇中超聲清洗30分鐘，最后在真空室中烘干；
(2)氬等離子體清洗將帶加熱功能的基片臺調(diào)到一定高度，在基片臺中央放入清洗過的基片，打開機(jī)械泵和分子泵將真空室內(nèi)氣壓抽至10_4Pa，然后打開氣源，通入流量為l-3sccm的氬氣，將基片臺加熱至30-100攝氏度，打開2. 45GHz微波電源，選擇所需功率為100-200瓦，放電清洗半小時左右；
(3)氫等離子體處理關(guān)閉氬氣氣源，打開氫氣氣源，控制流量為l-3sCCm，調(diào)節(jié)微波電源功率至100-200瓦，保持基片臺溫度為30-80攝氏度，放電處理5-15分鐘；
(4)硅烷沉積打開硅烷氣源，通入流量為l-3sCCm經(jīng)氬氣稀釋的硅烷(硅烷體積含量是5%)，同時將氫氣流量調(diào)至2-5SCCm，調(diào)節(jié)微波電源功率至100-200瓦，保持基片臺溫度為30-80攝氏度，沉積45-90分鐘，最終得到產(chǎn)品。本發(fā)明的原理為利用氫等離子體處理基片表面，還原出一定比例的金屬銦，通過控制等離子體的參數(shù)和基片臺溫度能夠控制還原出來的金屬銦納米點(diǎn)的數(shù)量和大小，從而控制硅納米線的形貌和性質(zhì)。這些金屬銦充當(dāng)催化劑，能夠引導(dǎo)SiH3硅自由基等粒子生長為納米線，生長到一定階段后后續(xù)的硅自由基等粒子會沉積為薄膜，從而完成非/微晶硅薄膜和硅納米線絨面的一次性制備。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(I)直接在氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃上制備納米線不需要貴金屬催化劑，成本降低，且不會對娃薄膜性能造成影響。(2)不需要高溫，在一百攝氏度以下就可完成，降低成本，可供選擇的襯底更多。(3) 一次性制備出硅納米線絨面和非/微晶硅薄膜，工藝簡單，易于操作。


圖I是本發(fā)明的裝置原理圖，圖中1.不銹鋼真空室2.進(jìn)氣口 3.永磁鐵4.石英杯5.諧振腔6.同軸電纜7.微波源8.基片臺9.加熱系統(tǒng)10.抽氣口 ；
圖2、3是所得樣品的SEM截面 圖4為所得樣品的XRD圖。
具體實(shí)施例方式I.清洗基片將15mmX 15mmX Imm的氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃基片用去離子水在超聲儀中清洗30分鐘，然后在無水乙醇中超聲清洗30分鐘，最后在真空室中烘干。2.氬等離子體清洗將帶加熱功能的基片臺調(diào)到一定高度，在基片臺中央放入清洗過的基片，打開機(jī)械泵和分子泵將真空室內(nèi)氣壓抽至10_4Pa，然后打開氣源，通入流量為l-3sccm的氬氣，將基片臺加熱至30-100攝氏度，打開2. 45GHz微波電源，選擇所需功率為100-200瓦，放電清洗半小時左右。3.氫等離子體處理關(guān)閉氬氣氣源，打開氫氣氣源，控制流量為l-3sCCm，調(diào)節(jié)微波電源功率至100-200瓦，保持基片臺溫度為30-80攝氏度，放電處理5-15分鐘。4.硅烷沉積打開硅烷氣源，通入流量為l-3sCCm經(jīng)氬氣稀釋的硅烷(硅烷體積含量是5%)，同時將氫氣流量調(diào)至2-5SCCm，調(diào)節(jié)微波電源功率至100-200瓦，保持基片臺溫度為30-80攝氏度，沉積45-90分鐘，最終得到產(chǎn)品。樣品的掃描電子顯微鏡照片見圖2和圖3，可以清楚的看到140納米厚的氧化銦錫層，320納米左右的硅納米線和2. 6微米的非/微晶硅層，圖4的XRD圖表明氧化銦錫膜 保存完好，導(dǎo)電性未變，有部分金屬銦被還原出，沉積上去的主要是非/微晶硅薄膜。
權(quán)利要求
1.一種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法，其特征在于在一百度以下低溫下，對硅烷、氫氣、保護(hù)氣的混合氣體進(jìn)行等離子體放電，轟擊氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃表面一步制成帶娃納米線絨面的非/微晶娃薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法，其特征在于所述等離子體為氫等離子體，或者為其同位素等離子體；等離子體可以是通過微波電子回旋共振產(chǎn)生的，也可以是電感耦合(ICP)或者電容耦合(CCP)產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)清洗基片將15mmX15mmXlmm的氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃基片用去離子水在超聲儀中清洗30分鐘，然后在無水こ醇中超聲清洗30分鐘，最后在真空室中烘干； (2)氬等離子體清洗將帶加熱功能的基片臺調(diào)到一定高度，在基片臺中央放入清洗過的基片，打開機(jī)械泵和分子泵將真空室內(nèi)氣壓抽至10_4Pa，然后打開氣源，通入流量為.l-3sccm的氬氣，將基片臺加熱至30-100攝氏度，打開2. 45GHz微波電源，選擇所需功率為.100-200瓦，放電清洗半小時左右； (3)氫等離子體處理關(guān)閉氬氣氣源，打開氫氣氣源，控制流量為l-3sCCm，調(diào)節(jié)微波電源功率至100-200瓦，保持基片臺溫度為30-80攝氏度，放電處理5-15分鐘； (4)硅烷沉積打開硅烷氣源，通入流量為l-3sCCm經(jīng)氬氣稀釋的硅烷(硅烷體積含量是5%)，同時將氫氣流量調(diào)至2-5SCCm，調(diào)節(jié)微波電源功率至100-200瓦，保持基片臺溫度為.30-80攝氏度，沉積45-90分鐘，最終得到產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法，其特征在于在整個制備過程中保持基片臺溫度為30-80攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有硅納米線絨面的非/微晶硅薄膜材料的制備方法，利用氫等離子體在氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃表面還原出一層銦金屬納米點(diǎn)，然后通入硅烷等前驅(qū)氣體生長納米線和薄膜，最終得到產(chǎn)品。本發(fā)明能夠在一百攝氏度以下一次性制得非/微晶硅薄膜和硅納米線絨面，避免使用貴金屬催化劑，工藝簡單，易于操作，成本較低，可以高效大規(guī)模應(yīng)用于傳統(tǒng)非/微晶硅薄膜生產(chǎn)線上。
文檔編號H01L31/18GK102800749SQ201210244449
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月14日
發(fā)明者魏鈺, 左瀟, 陳龍威, 孟月東 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所