CN101159296B - 改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法，其是将玻璃衬底放在真空室内；采用等离子增强化学气相沉积或者热丝技术在衬底上沉积P层微晶硅薄膜；采用和沉积P层微晶硅薄膜相同的沉积方法沉积I层本征微晶硅薄膜，根据P层微晶硅薄膜沉积后对的腔室环境，对随后生长的I层本征微晶硅薄膜进行硼补偿，达到对随后生长的I层本征微晶硅薄膜中硼浓度的有效控制，并控制I层本征微晶硅薄膜内硼的浓度在1016cm-3～1017cm-3量级范围内。这样利用单室沉积和原位的补偿实现本征微晶硅薄膜质量的改善，既不增加新的设备改造投资，又避免了交叉污染的难点，同时还有效提高电池效率。

Description

改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法
【技术领域】
本发明涉及太阳电池领域，尤其是一种改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法。
【背景技术】
为了解决现有非晶硅薄膜光伏电池存在的转换效率低和由S-W效应引起的效率衰退等问题，近年来人们开展了微晶硅薄膜光伏电池的研究工作，这是因为微晶硅薄膜材料相对于非晶硅材料有很高的有序性，是解决硅基薄膜光伏电池稳定性的有效途径。薄膜微晶硅电池既具有晶体硅电池高效、高稳定的优势，又具有薄膜电池工艺简单、节省材料的优点，而且微晶硅电池可拓展光谱响应范围，其提高效率的潜力很大，成为国内外发展的重点，被国际公认为硅薄膜太阳电池的下一代技术。
微晶硅材料能够应用到电池有源层中，除了要有高的沉积速率外，另一个关键因素是微晶硅材料的质量问题，然而由于微晶硅材料柱状结晶自身带来的固有结构特性，使得材料易于引入过多的氧和大量的缺陷态，导致所制备的微晶硅材料呈现趋向n型的特征，即导致微晶硅材料不是本征材料，导电类型为电子导电。目前解决其n型特征的方法主要有：使用气体纯化器，来纯化气体降低材料中氧的含量；长时间的抽真空，提高本底真空度以及提高抽速，以降低氧的进入量、改善I层薄膜质量；人为在沉积有源层时，采用微量硼的掺杂，来补偿材料中氧的影响，进而改善材料质量；改变宏观的沉积参数，尽可能获得缺陷态密度低的材料，从而改善材料质量。以上这些方法，实验室研究证明都是能改善微晶硅薄膜质量的有效方法。需要指出的是：对不过分讲究成本的实验室研究而言，为探求提高材料质量、进而提高微晶硅电池效率、以分析问题实质而言，选用以上这些方法无可非议。但是就产业化来说，有些方法需要增加新的设备(纯化器)或增加新的气路(如微量B掺杂)来实现，对降低成本是不利的。
【发明内容】
本发明目的旨在为克服现有技术的不足，而提供一种改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法，该方法改善本征微晶硅薄膜易于弱n型特征进而改善材料的质量，且该方法不需增加新的设备改造投资成本，有利于成本控制。
本发明为实现上述目的，设计了一种改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法，其是将玻璃衬底放在真空腔室内，采用等离子增强化学气相沉积或者热丝技术在衬底上沉积P层微晶硅薄膜；采用和沉积P层微晶硅薄膜相同的沉积方法沉积I层本征微晶硅薄膜，根据P层微晶硅薄膜沉积后的腔室环境，对随后生长的I层本征微晶硅薄膜进行硼补偿，控制该I层本征微晶硅薄膜内硼的浓度在1016cm-3～1017cm-3量级范围内。
本发明有益效果是：在单室内沉积完P层微晶硅薄膜后，利用腔室环境气氛的不同，达到对随后生长的本征材料进行微量硼的补偿，以便补偿本征微晶硅材料的n型特征，从而改善薄膜的质量，以便最终提高电池的光电转换效率。这样利用单室沉积和原位的补偿而实现本征微晶硅薄膜质量的改善，既不增加新的设备改造投资，又避免了交叉污染的难点，同时有效提高电池效率。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案进行详细的说明。
在本发明中，当以单室沉积技术、制备掺硼B的P+窗口的Pin型微晶硅薄膜太阳电池时，利用单室内沉积完P层微晶硅薄膜后，I层本征微晶硅薄膜与P层微晶硅薄膜同腔室沉积的特点，控制腔室内和腔壁上B的残余量，来对随后在P层微晶硅薄膜上生长的I层本征微晶硅薄膜进行微量硼B的补偿，以改善制备本征微晶硅薄膜的质量。
本发明改善单室沉积本征微晶硅薄膜质量的方法，包括以下步骤：
1、将带有透明导电薄膜的衬底放在真空腔室内；
在本发明的实施例中，该衬底选用玻璃衬底，真空控制在高于10-5托。
2、在衬底上沉积P层微晶硅薄膜；
在本发明的实施例中，采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积P层微晶硅薄膜，然并不限于此，也可以使用如热丝技术等其它的沉积方法，但这些并不是为本发明实施例所优选。
采用PECVD方法沉积P层微晶硅薄膜，所用反应气为：硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，甲烷，二氧化碳和三氟化氮等气体的组合，制备的反应沉积参数如下：
反应气体压强0.1托以上；
辉光功率密度：10～500毫瓦/平方厘米；
衬底表面温度：100～300℃；
氢稀释硅烷浓度SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))％≤10％；
辉光激励频率：13.56MHz-100MHz；
含硼气体与硅烷之比(硼掺杂剂浓度)：BS≤3％。
此步骤中较为优选的一个处理技术的条件如下：反应气中硅烷(氢稀释，浓度为100％)＝3.5SCCM，硼烷(氢稀释，浓度为1％)＝14SCCM，氢气(100％)＝160SCCM。应腔室中的反应气压保持在93Pa，衬底表面温度保持在170℃，设定辉光功率密度为56毫瓦/平方厘米，辉光激励频率为60MHz。沉积8分钟，所制得的微晶硅薄膜30nm，其暗电导率约为0.9s/cm。
此步骤中较为优选的另一个处理技术的条件如下：反应气中硅烷(氢稀释，浓度为100％)＝3.25SCCM，硼烷(氢稀释，浓度为1％)＝13SCCM，氢气(100％)＝160SCCM。应腔室中的反应气压保持在93Pa，衬底表面温度保持在170℃，设定辉光功率密度为53毫瓦/平方厘米，辉光激励频率为60MHz。硼烷流量为0沉积2分钟，硼烷流量为13SCCM沉积7分钟，所制得的微晶硅薄膜28nm，其暗电导率约为10-2s/cm。
3、采用和沉积P层微晶硅薄膜相同的沉积系统沉积I层本征微晶硅薄膜，根据P层薄膜沉积后，通过采取不同的技术对腔室环境进行一定的处理，使得随后生长的I层本征微晶硅薄膜内的硼的浓度在1016cm-3～1017cm-3量级范围内。
此步骤中较为优选的一个处理技术的条件如下：反应气中硅烷(氢稀释，浓度为100％)＝19.5SCCM，氢气(100％)＝280.5SCCM。应腔室中的反应气压保持在120Pa，衬底表面温度保持在170℃，设定辉光功率密度为90毫瓦/平方厘米，辉光激励频率为60MHz。沉积20分钟，所制得的微晶硅薄膜200nm。经过此处理后，随后生长的I层本征微晶硅薄膜内的硼的浓度在2×1017cm-3。
此步骤中较为优选的另一个处理技术的条件如下：反应气中硅烷(氢稀释，浓度为100％)＝30SCCM，氢气(100％)＝270SCCM。应腔室中的反应气压保持在120Pa，衬底表面温度保持在170℃，设定辉光功率密度为90毫瓦/平方厘米，辉光激励频率为60MHz，沉积5分钟，所制得的非晶硅薄膜100nm。经过此处理后，随后生长的I层本征微晶硅薄膜内的硼的浓度在3×1016cm-3。
此步骤中较为优选的另一个处理技术的条件如下：采用等离子增强化学气相沉积方法氢气辉光放电，氢气(100％)＝280.5SCCM，应腔室中的反应气体压强＝267Pa，设定辉光功率密度90毫瓦/平方厘米，衬底表面温度保持在190℃，辉光激励频率为60MHz，制备时间为1.5分钟。经过此处理后，随后生长的I层本征微晶硅薄膜内的硼的浓度在2×1017cm-3。
本发明的制备方法，是利用单室沉积微晶硅太阳电池P层微晶硅薄膜和I层本征微晶硅薄膜在同一腔室进行沉积的特点，通过对沉积完P层微晶硅薄膜后腔室环境的控制，来达到对微晶硅薄膜的弱n型问题进行补偿，实现薄膜质量的改善，进而提高电池的光电转换效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，在单室内沉积完P层微晶硅薄膜后，利用腔室环境气氛的不同，达到对随后生长的本征材料进行微量硼的补偿，这样利用单室沉积和原位的补偿而实现本征微晶硅薄膜质量的改善，所述方法包括以下步骤：
A、将衬底放在真空腔室内；
B、在衬底上沉积P层微晶硅薄膜；
C、采用和沉积P层微晶硅薄膜相同的沉积方法沉积I层本征微晶硅薄膜，根据P层微晶硅薄膜沉积后的腔室环境，对随后生长的I层本征微晶硅薄膜进行硼补偿，控制该I层本征微晶硅薄膜内硼的浓度在1016cm-3～1017cm-3量级范围内。
2.根据权利要求1所述的改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于：所述沉积方法采用等离子增强化学气相沉积或者热丝技术。
3.根据权利要求1或2所述的改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于：所述沉积方法中所用反应气中包括硅烷、氢气、硼烷、三甲基硼，甲烷，二氧化碳和三氟化氮气体。
4.根据权利要求1或2所述的改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于：所述沉积方法中所用的辉光激励频率范围在13.56MHz～100MHz。
5.根据权利要求1或2所述的改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于：所述沉积方法中所用氢稀释硅烷浓度SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))％≤10％。
6.根据权利要求1或2所述的改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于：所述沉积方法中所用的含硼气体与硅烷之比：BS≤3％。
7.根据权利要求1或2所述的改善单室沉积本征微晶硅薄膜的制备方法，其特征在于：所述衬底为玻璃衬底，该玻璃衬底上带有透明导电薄膜。
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