專利名稱：一種結(jié)晶硅薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種新的結(jié)晶硅薄膜的制備方法，屬于薄膜技術(shù)領(lǐng)域和太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化石能源的逐步枯竭和環(huán)保問題使得可再生能源的發(fā)展變得越來越重要，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要 方向?？稍偕茉粗饕L(fēng)能、潮汐能、生物能、水能和太陽能等，其中太陽能的利用包括光熱和光電 兩個方向。在光電方面，當(dāng)前光電池的主體是晶硅電池，由于需要大量的單晶或多晶硅材料，使得發(fā)電成 本比當(dāng)前主流發(fā)電技術(shù)的成本很多，阻礙了其正常發(fā)展。解決這一問題的有效方法是采用薄膜硅電池，其 材料使用率僅為晶硅電池的數(shù)百分之一。當(dāng)前薄膜硅光電池產(chǎn)品以非晶硅電池為主，效率較低，還存在退化問題。對于非晶硅薄膜電池，由 于基本是直接帶隙，所以光吸收系數(shù)很大，厚度l微米就足夠了。非晶硅薄膜電池成本基本為晶硅電池的 三分之一，但效率也基本為三分之一，相比沒有什么優(yōu)勢。多晶硅薄膜光電池是發(fā)展方向之一，效率可以達到15%以上，其核心技術(shù)是多晶硅薄膜的沉積。當(dāng) 前較為廣泛采用的多晶硅薄膜的沉積方法包括多種。 一種方法是，在能經(jīng)受800'C以上高溫的襯底上直接 用化學(xué)氣相沉積方法沉積多晶硅薄膜，該方法涉及到的襯底價格昂貴，而且工藝條件復(fù)雜，制成的電池成 本很高，無法與晶硅電池競爭。正在廣泛研究的一種方法是所謂的金屬誘導(dǎo)形成多晶硅，其基本過程是 在玻璃襯底上沉積一層鐵、鈷、鎳、鋁、銅、銀、鎂、鈀、稀土等金屬薄膜，再在其上沉積一層非晶硅或 含氫非晶硅薄膜，然后在氬氣或氮氣保護下進行退火，退火溫度一般為45(TC左右，時間數(shù)小時。這一過 程中金屬薄膜將擴散到非晶硅或含氫非晶硅薄膜上面，并且誘導(dǎo)非晶硅或含氫非晶硅薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶硅薄 膜。用這種方法得到的結(jié)晶硅薄膜中的晶粒尺寸一般為10納米左右，而多晶硅薄膜厚度一般要達到微米 以上，相比之下晶粒尺寸就太小，導(dǎo)致光生載流子在其中的散射和復(fù)合相當(dāng)嚴重，得到的電池效率很難超 過10%。針對所述的問題，本發(fā)明提出一種新型金屬誘導(dǎo)形成多晶硅的方法，成功的解決了廣泛采用方法得 到的結(jié)晶硅晶粒過小的問題，為光電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可靠的基礎(chǔ)。除了應(yīng)用于光電池外，本發(fā)明還可以 用于其它采用薄膜硅材料的電子或光電子器件中，大大提高這些器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
一種結(jié)晶硅薄膜的制備方法，其過程依次包括在玻璃襯底或己經(jīng)沉積有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底 上沉積一層金屬鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜，繼續(xù)沉積一層非晶硅薄膜或含氫非晶硅薄膜；將 得到的沉積有上述薄膜的玻璃在溫度40(TC到60(TC之間進行退火，金屬鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜將擴散到非晶硅或含氫非晶硅薄膜的上面，同時誘導(dǎo)非晶硅或含氫非晶硅薄膜轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅薄膜， 用酸腐蝕掉鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜，得到在玻璃襯底或已經(jīng)沉積有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯 底上的結(jié)晶硅薄膜。與廣泛采用的在氬氣或氮氣中進行退火誘導(dǎo)不同，本發(fā)明中退火過程是在真空條件下 進行的。以下詳細解釋本發(fā)明與已有技術(shù)相比的突出技術(shù)效果。采用本發(fā)明后，當(dāng)合理選擇參與誘導(dǎo)過程的金屬薄膜厚度、退火溫度、退火時間等參數(shù)后，得到的 結(jié)晶硅薄膜中的晶粒尺寸一般可以達到數(shù)百納米，甚至達到微米量級，最好情況下晶粒尺寸與薄膜厚度相同。與常規(guī)方法得到的10納米左右的晶粒尺寸相比，增大數(shù)十倍，效果非常明顯。這么大的晶粒尺寸將 導(dǎo)致晶界引起的載流子散射和復(fù)合幾乎可以忽略，如果用于光電池，效率將會大大提高，用于其它電子或 光電子器件中時，也可提高載流子遷移率，增大器件電流，降低噪聲。
具體實施方式
以下以具體例子進一步闡述本發(fā)明。
實施例l:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層20納米厚的銅，再沉積一層200納 米厚的非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10—Spa的真空條件下退火6小時，退火溫度保持在450'C。用酸 腐蝕掉銅膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過200納米。實施例2:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層50納米的銅，再沉積一層400納米 厚的非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10_3Pa的真空條件下退火8小時，退火溫度保持在450'C。用酸腐 蝕掉銅膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過200納米。實施例3:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層20納米的鋁，再沉積一層400納米 厚的非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10—spa的真空條件下退火8小時，退火溫度保持在45(TC。用酸腐 蝕掉膜鋁，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過200納米。實施例4:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層30納米的鎳，再沉積一層400納米 厚的非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空條件下退火8小時，退火溫度保持在45(TC。用酸腐 蝕掉鎳膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過200納米。實施例5:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層20納米厚的銅，再用化學(xué)氣相沉積 方法沉積一層200納米厚的含氫非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空條件下退火6小時，退火 溫度保持在450'C。用酸腐蝕掉銅膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超 過200納米。實施例6:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層50納米的銅，再用化學(xué)氣相沉積方 法沉積一層400納米厚的含氫非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10_3Pa的真空條件下退火8小時，退火溫 度保持在45(TC。用酸腐蝕掉銅膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過 200納米。實施例7:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層30納米的鋁，再用化學(xué)氣相沉積方 法沉積一層400納米厚的含氫非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空條件下退火8小時，退火溫 度保持在45(TC。用酸腐蝕掉鋁膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過 200納米。實施例8:以普通鈉鈣玻璃為襯底，用電子束蒸發(fā)方法沉積一層30納米的鎳，再用化學(xué)氣相沉積方 法沉積一層400納米厚的含氫非晶硅。將沉積上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空條件下退火8小時，退火溫 度保持在45(TC。用酸腐蝕掉鎳膜，用X射線衍射方法測量結(jié)晶程度，為單一的lll晶向，晶粒尺寸超過 200納米。
權(quán)利要求
1. 一種結(jié)晶硅薄膜的制備方法，其過程依次包括在玻璃襯底或已經(jīng)沉積有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上沉積一層金屬鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜，繼續(xù)沉積一層非晶硅薄膜或含氫非晶硅薄膜；將得到的沉積有上述薄膜的玻璃在溫度400℃到600℃之間進行退火，金屬鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜將擴散到非晶硅或含氫非晶硅薄膜的上面，同時誘導(dǎo)非晶硅或含氫非晶硅薄膜轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅薄膜，用酸腐蝕掉鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜，得到在玻璃襯底或已經(jīng)沉積有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上的結(jié)晶硅薄膜，其特征在于，所述的退火過程是在真空條件下進行的。
全文摘要
一種結(jié)晶硅薄膜的制備方法，屬于薄膜和太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。該方法依次包括在玻璃襯底或已經(jīng)沉積有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上沉積一層金屬鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜，繼續(xù)沉積一層非晶硅薄膜或含氫非晶硅薄膜；將得到的沉積有上述薄膜的玻璃在真空條件下進行退火，退火溫度控制在400℃到600℃之間，金屬鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜將擴散到非晶硅或含氫非晶硅薄膜的上面，同時誘導(dǎo)非晶硅或含氫非晶硅薄膜轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅薄膜，用酸腐蝕掉鋁、銅、銀、鐵、鈷、鎳、鎂等的薄膜，得到在玻璃襯底或已經(jīng)沉積有透明導(dǎo)電薄膜的玻璃襯底上的結(jié)晶硅薄膜。
文檔編號C30B29/06GK101397694SQ20071015202
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者李德杰 申請人:李德杰