CN105448707A - 一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，首先选取Al2O3陶瓷板作为衬底，经过热压工艺压制石墨薄膜，再以其为基板，采用磁控溅射法沉积多晶硅薄膜籽晶层，然后采用化学气相沉积技术在多晶硅籽晶层上沉积多晶硅薄膜，最后采用退火方法将多晶硅薄膜与陶瓷衬底进行分离，制得多晶硅薄膜。本发明的有益效果：设计合理，提供了一种基于可重复利用陶瓷衬底的多晶硅薄膜的制备方法，根据该方法制备多晶硅薄膜，避免使用昂贵的石墨衬底，有效的降低了制作成本，更加适于商业化生产及大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法。
背景技术
进入21世纪后，非可再生能源的枯竭以及环境问题的日益加重，促使人们开始极力寻求新能源，新能源包括核能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等。其中，核能无污染，能量密度高，然而核能危险性大，继俄罗斯切尔诺贝利核电站泄漏事故和日本福岛核事故之后，许多国家都放弃了发展核能；风能洁净环保，但其对地域要求严格，转化效率也不高，研究表明，风能的利用也会对生态环境造成较大影响；太阳能是传统能源的最佳替代品，太阳能取之不尽用之不竭，并且安全洁净对环境无污染。
太阳能的利用方式包括光热发电、光伏发电和光化学转化。其中，光热发电：利用镜面等设备的聚光，来加热给水，用水蒸气的动力循环来发电，其发电环节和传统的火电相似；光伏发电：利用光伏组件将太阳能转换成电能，再通过逆变器等设备传输给用户使用；光化学转换：将太阳能转换成化学能再加以利用。从长远来看，上述三者中，光伏发电最有可能在各种形式的新能源中占据主导地位。
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。在众多类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池在光伏发电市场的占有率达到90%。硅是一种无毒材料，性质稳定、耐用性强，其带隙宽度为1.12eV，非常适合制作太阳电池。而且，硅在自然界中储量丰富，能够满足其作为能源材料的大量需求。虽然对现有晶体硅太阳电池的成本控制已经做得很好，但是其发电成本仍然高于传统能源。现有的多晶硅薄膜电池是通过在异质衬底上直接沉积多晶硅薄膜而制得的，采用这种方法可以省去多晶硅重熔、铸锭、切片和扩散等工艺过程，节省多晶硅材料的同时也减少能耗。因此，多晶硅薄膜太阳电池也成为最有前途的新型能源。现有的异质衬底多采用石墨板，然而石墨板价格昂贵，不适于商业化生产及大规模应用。
因此，为了降低多晶硅薄膜太阳电池的生产成本，提高太阳能转化率，亟需设计开发一种利用新型衬底制备多晶硅薄膜的方法，以克服现有技术存在的上述不足。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，包括以下步骤：
首先，选取陶瓷板，以陶瓷板为衬底，所述陶瓷板衬底的尺寸范围为50×50mm2-200×200mm2，所述陶瓷板衬底厚度为0.1mm-2mm；
其次，以高纯度石墨粉为原料，采用热压工艺，以陶瓷衬底为基板，压制得到石墨薄膜，所述高纯度石墨粉的纯度大于99.9%；
再次，以压附有石墨薄膜的陶瓷板为基板，采用磁控溅射法在石墨薄膜表面沉积多晶硅薄膜籽晶层；
然后，采用化学气相沉积技术在多晶硅籽晶层上沉积多晶硅薄膜；
最后，采用退火方法将多晶硅薄膜与陶瓷衬底进行分离，制得多晶硅薄膜。
进一步的，所述陶瓷衬底为Al2O3陶瓷衬底，所述Al2O3陶瓷衬底的纯度大于95%。
进一步的，所述石墨薄膜厚度10μm-1000μm。
进一步的，所述多晶硅薄膜厚度为20μm-100μm。
进一步的，所述退火方法如下：将完成多晶硅薄膜沉积的陶瓷板置于氮气环境下，对其进行加热，加热温度为800-1000℃，停止加热，冷却至室温。
本发明的有益效果：设计合理，提供了一种基于可重复利用陶瓷衬底的多晶硅薄膜的制备方法，根据该方法制备多晶硅薄膜，避免使用昂贵的石墨衬底，有效的降低了制作成本，更加适于商业化生产及大规模应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的利用陶瓷衬底制备的多晶硅薄膜的Al2O3陶瓷衬底示意图；
图2是根据本发明实施例所述的利用陶瓷衬底制备的多晶硅薄膜的压制有石墨薄膜的Al2O3陶瓷衬底示意图；
图3是根据本发明实施例所述的利用陶瓷衬底制备的多晶硅薄膜的沉积有多晶硅籽晶层的Al2O3陶瓷衬底示意图；
图4是根据本发明实施例所述的利用陶瓷衬底制备的多晶硅薄膜的示意图。
图中：1、衬底；2、石墨薄膜；3、多晶硅薄膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，根据本发明实施例所述的一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，包括以下步骤：
首先，选取Al2O3陶瓷板，以Al2O3陶瓷板为衬底，所述Al2O3陶瓷衬底的纯度大于95%，所述Al2O3陶瓷衬底的尺寸为50×50mm2，所述陶瓷板衬底厚度为0.1mm；
其次，以高纯度石墨粉为原料，采用热压工艺，以陶瓷衬底为基板，压制得到石墨薄膜，所述石墨薄膜厚度100μm，所述高纯度石墨粉的纯度大于99.9%；
再次，以压附有石墨薄膜的陶瓷板为基板，采用磁控溅射法在石墨薄膜表面沉积多晶硅薄膜籽晶层；
然后，采用化学气相沉积技术在多晶硅籽晶层上沉积多晶硅薄膜；
最后，采用退火方法将多晶硅薄膜与陶瓷衬底进行分离，制得多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜厚度为20μm，所述退火方法如下：将完成多晶硅薄膜沉积的陶瓷板置于氮气环境下，对其进行加热，加热温度为800℃，停止加热，冷却至室温，分离后的衬底可以用于反复沉积多晶硅薄膜。
实施例2
首先，选取Al2O3陶瓷板，以Al2O3陶瓷板为衬底，所述Al2O3陶瓷衬底的纯度大于95%，所述Al2O3陶瓷衬底的尺寸为125×125mm2，所述陶瓷板衬底厚度为1.05mm；
其次，以高纯度石墨粉为原料，采用热压工艺，以陶瓷衬底为基板，压制得到石墨薄膜，所述石墨薄膜厚度500μm，所述高纯度石墨粉的纯度大于99.9%；
再次，以压附有石墨薄膜的陶瓷板为基板，采用磁控溅射法在石墨薄膜表面沉积多晶硅薄膜籽晶层；
然后，采用化学气相沉积技术在多晶硅籽晶层上沉积多晶硅薄膜；
最后，采用退火方法将多晶硅薄膜与陶瓷衬底进行分离，制得多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜厚度为60μm，所述退火方法如下：将完成多晶硅薄膜沉积的陶瓷板置于氮气环境下，对其进行加热，加热温度为900℃，停止加热，冷却至室温，分离后的衬底可以用于反复沉积多晶硅薄膜。
实施例3
首先，选取Al2O3陶瓷板，以Al2O3陶瓷板为衬底，所述Al2O3陶瓷衬底的纯度大于95%，所述Al2O3陶瓷衬底的尺寸为200×200mm2，所述陶瓷板衬底厚度为2mm；
其次，以高纯度石墨粉为原料，采用热压工艺，以陶瓷衬底为基板，压制得到石墨薄膜，所述石墨薄膜厚度1000μm，所述高纯度石墨粉的纯度大于99.9%；
再次，以压附有石墨薄膜的陶瓷板为基板，采用磁控溅射法在石墨薄膜表面沉积多晶硅薄膜籽晶层；
然后，采用化学气相沉积技术在多晶硅籽晶层上沉积多晶硅薄膜；
最后，采用退火方法将多晶硅薄膜与陶瓷衬底进行分离，制得多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜厚度为100μm，所述退火方法如下：将完成多晶硅薄膜沉积的陶瓷板置于氮气环境下，对其进行加热，加热温度为1000℃，停止加热，冷却至室温，分离后的衬底可以用于反复沉积多晶硅薄膜。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，选取陶瓷板，以陶瓷板为衬底，所述陶瓷板衬底的尺寸范围为50×50mm2-200×200mm2，所述陶瓷板衬底厚度为0.1mm-2mm；
其次，以高纯度石墨粉为原料，采用热压工艺，以陶瓷衬底为基板，压制得到石墨薄膜，所述高纯度石墨粉的纯度大于99.9%；
再次，以压附有石墨薄膜的陶瓷板为基板，采用磁控溅射法在石墨薄膜表面沉积多晶硅薄膜籽晶层；
然后，采用化学气相沉积技术在多晶硅籽晶层上沉积多晶硅薄膜；
最后，采用退火方法将多晶硅薄膜与陶瓷衬底进行分离，制得多晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，所述陶瓷衬底为Al2O3陶瓷衬底，所述Al2O3陶瓷衬底的纯度大于95%。
3.根据权利要求2所述的利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，所述石墨薄膜厚度10μm-1000μm。
4.根据权利要求3所述的利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，所述多晶硅薄膜厚度为20μm-100μm。
5.根据权利要求4所述的利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法，其特征在于，所述退火方法如下：将完成多晶硅薄膜沉积的陶瓷板置于氮气环境下，对其进行加热，加热温度为800-1000℃，停止加热，冷却至室温。
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