CN103426976B - 一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于多晶硅薄膜技术领域的一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法。在涂覆石墨薄膜的陶瓷板上，沉积多晶硅薄膜，采用退火方法分离多晶硅薄膜与衬底，制备出多晶硅薄膜。陶瓷板经涂覆石墨薄膜后可重复沉积多晶硅薄膜。本发明方法选用高质量的陶瓷板作为衬底，将多晶体硅薄膜从衬底上分离，可重复利用优质衬底；大大降低了太阳电池制备成本，优化了生产工艺。同时克服了由于廉价衬底带来的杂质扩散，衬底与薄膜的不匹配，薄膜中高缺陷密度等缺点，可以减小沉积或结晶时多晶硅薄膜的应力，多晶硅薄膜的质量也将提高。

Description

一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法
技术领域
本发明属于多晶硅薄膜技术领域，具体涉及一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法。
背景技术
随着可持续发展、环境保护等观念的深入人心，以及常规化石能源的日渐枯竭，利用太阳辐照的能量，是人类生存发展的必经之路。开发太阳电池的两个核心问题是转换效率和成本。硅是地壳中储量最丰富的元素之一，可以说取之不尽、用之不竭。而且硅是迄今被研究的最深入的材料，无论从材料制备还是从材料结构及性能的表征等各方面研究得都非常成熟。因此硅太阳电池成为人类利用太阳能的首选，目前商用太阳电池的绝大部分份额由硅基电池占据。
多晶硅薄膜广泛应用在集成电路、液晶显示领域和太阳能光电转换等领域。多晶硅薄膜电池避开了传统晶体硅电池由“硅原料-硅锭-硅片-太阳电池”的西门子法技术路线，而直接采用了由原材料到太阳电池的技术路线。多晶硅薄膜电池兼具晶体硅电池及非晶硅电池的优点：（1）高的转化效率；（2）节省硅材料用量，大幅度降低成本；（3）性能稳定，不存在效率衰退的问题；（4）可在很大程度上直接分享微电子领域对硅材料的研究成果；（5）可大面积制备，便于大规模连续化生产。与传统多晶硅太阳电池相比，制造多晶硅薄膜电池可以节省硅材料70%以上、减少能耗60%以上，可以显著降低电池制造过程中的碳排放。因此，多晶硅薄膜太阳电池具有重大的经济效益和社会效益，将成为今后最具竞争力的一种电池类型，有望成为推动光伏发电大规模商业化应用的主力军。
石墨材料具有低成本、热膨胀系数与硅相近、耐高温、同时可用作杂质阻挡层及电极材料等优点。因此，在石墨薄膜上沉积多晶硅薄膜，进行快速热退火后，可以消除或减小由于热膨胀系数不匹配造成的多晶硅薄膜质量的下降，增大多晶硅薄膜晶粒尺寸，降低缺陷密度，同时石墨可以作为杂质阻挡层，阻挡有害杂质进入多晶硅薄膜影响薄膜的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法。
一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法，步骤如下：
步骤1：以陶瓷板为衬底；
步骤2：在衬底上涂覆石墨薄膜，石墨薄膜的厚度为1-10微米；
步骤3：在涂覆石墨薄膜的衬底上采用化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜；
步骤4：采用退火方法使多晶硅薄膜与衬底分离；
步骤5：分离出的陶瓷板衬底用来再重复沉积多晶硅薄膜。
步骤1中所述陶瓷板为氧化硅或氮化硅材料，纯度高于4N。
步骤2中采用沉积或溅射的方法在陶瓷衬底上涂覆石墨薄膜。
步骤4中所述退火方法是指将沉积好多晶硅薄膜的陶瓷板在氢气或氮气的保护下，加热到800-1200℃，然后关断加热电源冷却到室温。
本发明方法选用高质量的陶瓷板作为衬底，将多晶体硅薄膜从衬底上分离，可重复利用优质衬底；大大降低了太阳电池制备成本，优化了生产工艺。同时克服了由于廉价衬底带来的杂质扩散，衬底与薄膜的不匹配，薄膜中高缺陷密度等缺点，可以减小沉积或结晶时多晶硅薄膜的应力，多晶硅薄膜的质量也将提高。
附图说明
图1是利用可重复使用衬底沉积多晶硅薄膜结构示意图；
图2是热退火后分离的多晶硅薄膜；
图3是热退火后分离的陶瓷板衬底；
其中各标号分别为：1-陶瓷板衬底，2-石墨薄膜，3-多晶硅薄膜。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的技术和特征，以下结合附图和具体实例对本发明作进一步的说明。
实施例1
根据图1-3所述的示意图，按照如下步骤制备多晶硅薄膜：
步骤1：以氧化硅陶瓷板为衬底，氧化硅陶瓷板纯度为99.999%；
步骤2：在衬底上采用化学气相沉积法涂覆石墨薄膜，石墨薄膜厚度5微米；
步骤3：在涂覆石墨薄膜的衬底上采用化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜；
步骤4：采用退火方法使多晶硅薄膜与衬底分离，将沉积好多晶硅薄膜的陶瓷板在氢气或氮气的保护下，加热到1000℃，然后关断加热电源冷却到室温。
步骤5：分离后的衬底用来再重复沉积多晶硅薄膜。
实施例2
根据图1-3所述的示意图，按照如下步骤制备多晶硅薄膜：
步骤1：以氮化硅陶瓷板为衬底，陶瓷板衬底纯度为99.999%；
步骤2：在衬底上采用磁控溅射法涂覆石墨薄膜，石墨薄膜厚度7微米；
步骤3：在涂覆石墨薄膜的衬底上采用化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜；
步骤4：采用退火方法使多晶硅薄膜与衬底分离，将沉积好多晶硅薄膜的陶瓷板在氢气或氮气的保护下，加热到1200℃，然后关断加热电源冷却到室温。
步骤5：分离后的衬底用来再重复沉积多晶硅薄膜。
实施例3
根据图1-3所述的示意图，按照如下步骤制备多晶硅薄膜：
步骤1：以氧化硅陶瓷板为衬底，氧化硅陶瓷板纯度为99.999%；
步骤2：在衬底上采用化学气相沉积法涂覆石墨薄膜，石墨薄膜厚度3微米；
步骤3：在涂覆石墨薄膜的衬底上采用化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜；
步骤4：采用退火方法使多晶硅薄膜与衬底分离，将沉积好多晶硅薄膜的陶瓷板在氢气或氮气的保护下，加热到800℃，然后关断加热电源冷却到室温。
步骤5：分离后的衬底用来再重复沉积多晶硅薄膜。

Claims (4)

1.一种利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于：步骤如下：
步骤1：以陶瓷板为衬底；
步骤2：在衬底上涂覆石墨薄膜，石墨薄膜的厚度为1-10微米；
步骤3：在涂覆石墨薄膜的衬底上采用化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜；
步骤4：采用退火方法使多晶硅薄膜与衬底分离；
步骤5：分离后的陶瓷板衬底用来再重复沉积多晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，步骤1中所述陶瓷板为氧化硅或氮化硅材料，纯度高于4N。
3.根据权利要求1所述的利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，步骤2中采用化学气相沉积或磁控溅射的方法在陶瓷衬底上涂覆石墨薄膜。
4.根据权利要求1所述的利用可重复使用的衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，步骤4中所述退火方法是指将沉积好多晶硅薄膜的陶瓷板在氢气或氮气的保护下，加热到800-1200℃，然后关断加热电源冷却到室温。
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