CN107331615A - 一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法 - Google Patents

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CN107331615A CN201710511722.7A CN201710511722A CN107331615A CN 107331615 A CN107331615 A CN 107331615A CN 201710511722 A CN201710511722 A CN 201710511722A CN 107331615 A CN107331615 A CN 107331615A
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高青
张照景
孙国忠
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张毅
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Abstract

一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法。表面处理是指在含S、Se、O、H等气氛中对半导体薄膜表面进行硫化、硒化、钝化或元素掺杂的过程。目的是提高半导体薄膜表面带隙,消除半导体薄膜表面悬挂键,钝化半导体薄膜表面缺陷,提高半导体薄膜导电能力。本发明提供的脉冲式快速热处理方法是在较低衬底温度下,采用高温或超高温度热处理半导体薄膜表面,处理温度500℃~1000℃,热处理时间60s以内。瞬间高温或超高温热处理可促进半导体薄膜表面化学反应发生,脉冲式快速热处理以及低衬底温度可实现半导体薄膜表面100nm厚度内的处理。

Description

一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法
技术领域
本发明属于光电材料及新能源技术领域,涉及一种快速有效提高溅射、蒸发、电沉积、涂覆、喷墨打印、电子束、原子层沉积、PECVD法制备半导体薄膜的表面带隙,材料表面缺陷钝化,实现半导体薄膜表面掺杂的方法。
背景技术
CIGSe薄膜太阳电池因其稳定性高、抗辐射、吸收系数高等优势引起人们广泛关注,目前转换效率最高达22.6%,成为最具发展潜力的薄膜太阳电池之一。制备CIGSe薄膜的方法大体可分为真空法和非真空法,真空法主要包括蒸发法和溅射后硒化法,非真空方法主要包括电沉积法,涂覆法和丝网印刷法等。目前为止,最高转换效率的CIGSe薄膜通过蒸发法制备,蒸发法可通过调整蒸发工艺获得具有“U或V”型带隙的薄膜,材料的双梯度带隙可平衡器件开路电压和短路电流之间的矛盾,提高器件性能。除蒸发法外,其他制备方法仅通过硒化工艺较难获得具有双梯度带隙的薄膜。电沉积法制备CIGSe薄膜与真空法中的溅射法类似,薄膜制备过程分两步:第一步电沉积或溅射制备金属或化合物预制层,第二步预制层硒化热处理制备CIGSe薄膜。这两种方法的共同点是第二步硒化热处理薄膜生长过程均通过元素扩散反应生长制备CIGSe薄膜,很难通过控制硒化工艺制备具有双梯度带隙结构的薄膜。对于后硒化方法而言,表面硫化是实现双梯度带隙提高器件性能的有效且必要的工艺技术,不仅可以提高薄膜表面带隙,提高表面复合势垒,还可以钝化表面缺陷,降低表面缺陷态密度,降低载流子界面复合。
表面硫化方法仅在薄膜表面掺入S,提高薄膜表面带隙,使薄膜带隙呈“U或V”型结构,将薄膜最小带隙控制在PN结空间电荷层内,光生载流子在空间电荷区内产生,通过电场被收集,降低载流子复合几率,采用普通快速热处理方法,仅仅提高升温速率,很难做到仅对薄膜表面进行掺S。CIGSe薄膜表面硫化需要达到的效果为薄膜表面S含量高(几十纳米厚范围内)且S不扩散到CIGSe吸收层内部。根据硫化过程中的动力学分析可知,硫化过程涉及的主要参数有衬底温度、S浓度和S活性;硫化过程中衬底温度越高,S越容易掺入;衬底温度越低,S越不容易掺入;S活性越高,S越容易与表层化合物反应,即S更容易替代Se化合进入CIGSe晶格中;S活性越低,S越不容易掺入薄膜;S分压越高,越容易扩散进入CIGSe吸收层。因此,若使CIGSe薄膜实现仅表面含S的效果,需要在低衬底温度下,瞬间提高薄膜表面温度,促使S快速掺入到薄膜中,迅速降低薄膜表面温度,防止S进一步向薄膜内部扩散。
同样,由于半导体异质结界面处经常存在材料不连续或晶格匹配等问题带来的悬挂键,这些悬挂键会在半导体禁带中产生许多表面态能级,导致表面复合加剧,影响器件性能,因此,半导体薄膜表面钝化尤为关键。对半导体表面进行元素掺杂可改善半导体电学性能,增加半导体载流子收集。表面硫化、表面钝化或掺杂均属于表面处理范畴。半导体薄膜表面钝化和掺杂与表面硫化类似,若要实现仅对薄膜表面进行钝化和掺杂,需在低衬底温度下,瞬间提高薄膜表面温度,短时间热处理后再迅速降低薄膜表面温度。
U.S.Pat.No.6122440专利中采用快速热处理在较低偏压的反应气体和较高材料表面温度下,对Si进行表面刻蚀和表面氧化层生长,处理时间30s,表明采用快速热处理方法可在较低浓度的反应气体中实现Si衬底表面处理。但由于半导体薄膜厚度较薄,其厚度仅为几微米,而表面处理的薄膜厚度在100nm范围内,传统的快速热处理方法很难实现表面处理。此外,由于长时间高温易导致某些化合物半导体材料发生分解,但较低温度下又很难实现表面处理,现有技术中缺少一种针对薄膜半导体材料表面处理的方法。
发明内容
本发明的目的是解决半导体薄膜表面带隙低、表面缺陷态密度大的问题,提供一种低衬底温度下实现半导体薄膜表面处理的方法。并通过该方法获得一种具有优良带隙结构、低表面缺陷态密度的半导体薄膜。
本发明处理方法通过在较低衬底温度下,对薄膜表面施加瞬间的周期性的高温或超高温实现半导体薄膜表面处理。
因此,本发明提供一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,在较低衬底温度下,利用瞬间高温或超高温对薄膜进行短时间热处理,脉冲、间歇式热处理方式实现对薄膜材料表面的处理,且可有效避免长时间高温对半导体薄膜产生的不利影响。
综上所述,本领域缺乏一种在较低衬底温度下实现半导体薄膜表面处理的方法。
本发明采用的技术方案
一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,是在衬底温度为20℃~400℃范围条件下,在真空腔室内,采用脉冲式快速热处理方法对不同衬底上的半导体薄膜进行表面处理,热处理过程中的升温速率为100~300℃/s,半导体薄膜表面处理的深度在100nm以下。
所述的半导体薄膜厚度为1.5um~2.5um。衬底材料为玻璃衬底,不锈钢衬底,聚酰亚胺衬底,Mo衬底及其他金属衬底。脉冲式快速热处理采用瞬间变化的、间歇式的或周期性重复的热处理方法,热处理方法中,每个脉冲周期内,脉冲持续时间,即热处理时间,低于60s,半导体薄膜表面温度在500℃~1000℃范围内。
所述半导体薄膜表面处理方法包括表面硫化、表面硒化、表面掺杂和表面钝化。所述的表面硒化处理是以固态Se或H2Se提供Se气氛对样品进行硒化以消除薄膜表面Se空位缺陷的过程,所述的表面硫化是以固态S或含S化合物为S源提供含S气氛对样品进行硫化以提高薄膜表面带隙、消除表面缺陷的过程,所述的表面钝化是在含H、O、S、Se的气氛中对样品进行处理,消除半导体薄膜表面悬挂键的过程,所述的表面掺杂是在半导体薄膜表面掺杂微量I、III、IV、V族元素以提高半导体导电能力的过程。
所述的半导体材料包括:I-III-VI族半导体材料,包括Cu(In,Ga)Se2、CuInSe2、CuGaSe2、CuAlSe2、CuAlInSe2、CuAlGaSe2、CuInS2、CuGaS2、CuAlS2、CuAlInS2、CuAlGaS2、CuInSSe、CuGaSSe、CuAlSSe、CuAlInSSe和CuAlGaSSe;I-II-IV-VI族半导体材料包括Cu2ZnSnS4、Cu2ZnSnSe4、Ag2ZnSnS4、Ag2ZnSnSe4、Cu2CdSnS4、Cu2CdSnSe4、Cu2ZnGeS4、Cu2ZnGeSe4、Ag2CdSnS4、Ag2CdSnSe4、Ag2ZnGeS4和Ag2ZnGeSe4;III-V族半导体材料包括GaAs、Cd3As2、AlAs、Bi2Te3、SiC、InP、GaN、以及单晶Si、多晶Si、非晶Si和纳米晶硅材料。
本发明脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法的具体步骤是:
(1)、在干净的玻璃衬底上采用直流磁控溅射方法制备0.5~1.5um厚的Mo层作为背电极。
(2)、在Mo背电极上采用溅射、蒸发、电沉积、涂覆、喷墨打印、电子束、原子层沉积或PECVD等方法制备半导体薄膜。
(3)、将制备好的半导体薄膜放置于真空热处理设备中,抽真空至10-3Pa以下。
(4)、热处理前,腔室内通入含S或Se气氛,或通入具有氧化性或还原性的气体为样品提供氧化气氛或还原气氛,调整气体压强,采用脉冲式快速热处理方法对样品进行表面掺杂或钝化处理。
(5)、快速热处理装置主要由快速加热器和红外测温装置组成,快速热处理方法通过快速加热器对样品正面加热来实现,正面快速测温装置采用红外测温。快速热处理方法通过对样品进行短时间快速热处理(时间小于1min)大大缩短薄膜制备时间。
(6)、通过快速加热器对样品正面进行加热来实现快速热处理,采用日本岛电FP93可编程PID调节器进行温度控制,正面采用红外测温快速测温装置。
(7)、脉冲式快速热处理是指对样品表面进行短时间、快速、间歇式的多次热处理。快速热处理开始前,将PID调节器程序设定为间歇式加热模式,定义快速热处理加热一开一关为一个脉冲周期,一个脉冲周期包括脉冲持续时间(即对样品表面加热)和脉冲关断时间(即不对样品表面加热)。脉冲持续时间内,快速热处理升温速率在100℃/s~300℃/s范围内,可对样品表面进行500℃~1000℃的热处理。脉冲持续时间设定在1s~60s内,调整每个脉冲周期内样品热处理时间;脉冲关断时间设定为大于30s,目的是降低热处理时对样品衬底温度的影响。这种间断式的瞬间高温处理半导体薄膜表面的方法,瞬间高温可促进半导体薄膜表面化学反应发生,例如促进掺杂元素进入半导体薄膜晶格内,还可防止因热处理时间过长而对半导体薄膜表面产生恶性影响,例如材料高温分解等。
结束后进行后续工艺或取出。
本发明的工作原理:
根据动力学分析可知,表面处理过程涉及的主要参数有衬底温度、元素浓度和活性;表面处理过程中衬底温度越高,元素越容易掺入薄膜,起到掺杂或钝化的作用;衬底温度越低,越不容易掺入薄膜;元素活性越高,越容易与表层化合物反应;元素活性越低,越不容易参与反应;元素分压越高,越容易扩散进入薄膜。为了降低掺杂元素在薄膜内的扩散,使之仅在薄膜表面掺杂,需要降低衬底温度,减小元素在薄膜内的扩散速率。然而,由于反应需要一定能量,低衬底温度下,由于能量供应小,反应较难发生,因此,通过提高掺杂元素活性或薄膜表面温度,促使反应发生。脉冲式快速热处理可以在较低衬底温度下(20℃~400℃)通过瞬间的脉冲式的高温或超高温对薄膜进行热处理(1s~60s时间范围内),实现仅在薄膜表面100nm厚度以内进行元素掺杂或钝化,实现薄膜的表面处理。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,可在相对较低的衬底温度下,在不同气氛中,对样品进行周期性的短时间或极短时间(几十秒甚至几秒钟)高温或超高温热处理,达到仅对表面100nm厚度以内的材料进行处理,改变材料表面结构、元素组成或起到一定钝化作用,改善材料表面特性,提高半导体器件性能。
附图说明
图1是快速热处理实验装置示意图,1、样品衬底加热装置2、样品架3、快速热处理器4、红外测温器。
图2脉冲式快速热处理过程中半导体薄膜表面温度变化示意图,5、脉冲持续时间6、脉冲关断时间。
图3衬底温度200℃,脉冲持续时间Ton为(a)10s,(b)8s,(c)6s,(d)4s,3个脉冲周期制备的CIGSSe薄膜Raman图。
图4衬底温度200℃,脉冲持续时间Ton为3s,脉冲周期数分别为(a)6、(b)9、(c)12、(d)20时制备的CIGSSe薄膜Raman图。
图5衬底温度100℃,脉冲持续时间Ton为3s,6个脉冲周期制备的CIGSSe薄膜SIMS图。图6衬底温度100℃,脉冲持续时间Ton为3s,6个脉冲周期制备的(a)CIGSSe薄膜SEM图。和CIGSSe器件、(b)J-V曲线、(c)EQE曲线和(d)EQE计算得到的光学带隙图。
具体实施方式
一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,通过快速加热器对样品正面进行脉冲式加热实现表面硫化,快速热处理加热器如图1所示,由多个大功率加热器组成。热处理过程中通过日本岛电FP93可编程PID调节器进行温度控制,正面采用红外测温快速测温装置。快速热处理开始前,将PID调节器程序设定为间歇式加热模式,定义快速热处理加热一开一关为一个脉冲周期,一个脉冲周期包括脉冲持续时间(即对样品表面加热)和脉冲关断时间(即不对样品表面加热),如图2所示。脉冲持续时间内,快速热处理升温速率在100℃/s~300℃/s,可对样品表面进行600℃的热处理。脉冲持续时间设定在1s~60s内,调整每个脉冲周期内样品热处理时间;脉冲关断时间均设定为大于等于30s,目的是降低热处理时对样品衬底温度的影响。
通过衬底温度、脉冲持续时间和脉冲周期数等研究脉冲式快速热处理对电沉积后硒化法制备的CIGSe薄膜进行表面掺S的影响。以下是具体实验方法及结果。
实施例1、CIGSe薄膜不同脉冲持续时间表面硫化
在玻璃衬底上直流磁控溅射沉积0.5~1.5um厚的Mo作为背电极,在Mo背电极上采用电沉积法制备Cu/In/Ga叠层金属预制层,硒化后制备CIGSe薄膜,薄膜厚度为1.5um~2.5um。将硒化后的CIGSe样品放置于真空腔室内,关闭真空室抽真空至10-3Pa以下,关闭闸板阀,向腔室内通入含S气氛和N2混合气,气压在800Pa,混合比例为1:3。升高衬底温度至200℃,温度稳定后,启动快速热处理装置,将PID温控设置为脉冲模式,包含脉冲持续时间,即高温热处理时间,和脉冲关断时间,即无加热处理时间,热处理过程共包含3个脉冲周期,脉冲热处理薄膜表面温度为500℃~550℃。调整每个脉冲周期内的脉冲持续时间即改变硫化时间。图3是调整快速热处理脉冲持续时间为(a)10s,(b)8s,(c)6s,(d)4s时制备的CIGSSe薄膜Raman图,Raman测试激光波长为514nm,测试深度为100nm。从图3中可知,脉冲式快速热处理硫化制备的CIGSSe薄膜Raman测试在290cm-1存在CIS2峰,说明S掺入CIGSe晶格中。通过XRF测试薄膜成分,可知薄膜内内存在S元素,S能够有效掺入进CIGSe晶格内。并且随着脉冲持续时间的降低,薄膜内S含量减少。表明低衬底温度下脉冲式快速热处理方法可实现薄膜内掺S,采用脉冲式快速热处理方法防止S向薄膜内部进一步扩散,使S仅存在于CIGSSe薄膜表面。当脉冲持续时间在10s~60s时,随着脉冲持续时间的增加,薄膜内S掺入量增加,且S向薄膜内部扩散增加。S扩散至薄膜内部将恶化器件性能。
实施例2、CIGSe薄膜不同脉冲周期表面硫化
CIGSe薄膜及Mo背电极的前期制备与实施例1相同,在玻璃衬底上直流磁控溅射沉积0.5~1.5um厚的Mo作为背电极,在Mo背电极上采用电沉积法制备Cu/In/Ga叠层金属预制层,硒化后制备CIGSe薄膜,薄膜厚度为1.5um~2.5um。将硒化后的CIGSe样品放置于真空腔室内,关闭真空室抽真空至10-3Pa以下,关闭闸板阀,向腔室内通入含S气氛和N2混合气,气压在800Pa,混合比例为1:3。升高衬底温度至200℃,温度稳定后,启动快速热处理装置,将PID温控设置为脉冲模式,包含脉冲持续时间,即高温热处理时间,和脉冲关断时间,即无加热处理时间,热处理过程每个脉冲持续时间为3s,脉冲热处理薄膜表面温度为550℃~600℃。采用不同数量的脉冲周期进行表面硫化处理。图4是衬底温度200℃,脉冲持续时间Ton为3s,脉冲周期数分别为6、9、12、20时制备的CIGSSe薄膜的Raman测试图,Raman测试激光波长为514nm,测试深度为100nm。290cm-1处的Raman峰为CIS2峰。由此可见,低衬底温度下采用脉冲式快速热处理表面硫化方法能够使S有效掺入CIGSe晶格中。
实施例3、低温下脉冲式快速热处理CIGSe薄膜表面硫化
CIGSe薄膜表面掺S可提高薄膜表面带隙,提高表面复合势垒,降低载流子复合损失。CIGSe薄膜及Mo背电极的前期制备与实施例1相同。本实施例按照实施例1和2的方法在更低衬底温度下对CIGSe薄膜进行表面硫化。由于S在薄膜内的扩散速率随温度的降低而减小,通过控制硫化温度与热处理时间可实现控制S在薄膜内的扩散。关闭真空室抽真空至10-3Pa以下,关闭闸板阀,向腔室内通入含S气氛和N2混合气,气压在800Pa,混合比例为1:3。升高衬底温度至100℃,温度稳定后,启动快速热处理装置,热处理过程包含6个脉冲周期,脉冲持续时间为3s,脉冲热处理薄膜表面温度为550℃~600℃。图5是衬底温度100℃,脉冲持续时间Ton为3s,脉冲周期数分别为6时制备的CIGSSe薄膜SIMS测试图。从图5中可看出,表面硫化后CIGSSe薄膜内S元素在表面分布较多,薄膜内部较少,表明脉冲式快速热处理方法可有效实现薄膜表面掺S的目的。
图6是经优化表面硫化制备工艺得到的CIGSSe薄膜SEM图、CIGSSe电池器件J-V曲线和EQE曲线图。从图6(a)中可知,薄膜表面平整,晶粒尺寸大,晶粒贯穿整个薄膜。图6(b)中CIGSSe电池器件转换效率为12%,开路电压为532mV,与未进行表面硫化的电池器件相比,开路电压得到明显提升;电流密度为35.80mAcm-2,并未因开路电压的增加而明显降低。从图6(c)EQE测试可以看出载流子收集较好,通过EQE计算得到薄膜的光学带隙为1.03eV(如图6(d)),与报道中CuInSe2光学带隙接近。表面硫化后,薄膜带隙呈“U或V”型,不仅使器件开路电压增加,还保证器件电流密度不降低。
实施例4、衬底温度20℃和400℃下脉冲式快速热处理CIGSe薄膜表面硫化
CIGSe薄膜及Mo背电极的前期制备与实施例1相同。本实施例按照实施例1,2和3的方法在衬底温度为20℃和400℃时对1.5um~2.5um厚的CIGSe薄膜进行表面硫化。S在薄膜内的扩散速率随温度的降低而减小,随温度的增加而增加。通过控制衬底温度实现S在薄膜内的扩散控制。具体实验过程如下:在玻璃衬底上直流磁控溅射沉积0.5~1.5um厚的Mo作为背电极,在Mo背电极上采用电沉积法制备Cu/In/Ga叠层金属预制层,硒化后制备CIGSe薄膜,薄膜厚度为1.5um~2.5um。将硒化后的CIGSe样品放置于真空腔室内,关闭真空室抽真空至10-3Pa以下,关闭闸板阀,向腔室内通入含S气氛和N2混合气,气压在800Pa,混合比例为1:3。A样品:设定衬底温度为400℃,温度稳定后,启动快速热处理装置,热处理过程包含6个脉冲周期,脉冲持续时间为2s,脉冲热处理薄膜表面温度1000℃;B样品:设定衬底温度为20℃,启动快速热处理装置,热处理过程包含6个脉冲周期,脉冲持续时间为2s,脉冲热处理薄膜表面温度1000℃。表1所示为CIGSe薄膜硫化后成分。
表1
从表中可知,衬底温度为400℃时制备的A样品其薄膜内S含量较高,衬底温度为20℃时制备的B样品内S含量较低,这是由于硫化过程中衬底温度越高,S越容易掺入薄膜内。且衬底温度越高,掺入薄膜内的S越容易向薄膜内部扩散。降低衬底温度可防止S向内部扩散。结合实施例1、2和3可知,低衬底温度下,快速短时间高表面温度处理CIGSe薄膜表面,可实现CIGSe薄膜表面处理。
实施例5、CIGSe薄膜表面硒化、钝化或掺杂
CIGSe薄膜及Mo背电极的前期制备与实施例1相同。本实施例按照实施例1,2和3的方法对1.5um~2.5um厚的CIGSe薄膜在含Se、H、O、S的气氛中热处理对CIGSe薄膜进行表面硒化、钝化(利用H、O、S、Se元素消除半导体表面悬挂键)和掺杂(例如掺H、O、S、Se)。具体实验过程如下:将硒化后的CIGSe样品放置于真空腔室内,关闭真空室抽真空至10-3Pa以下,关闭闸板阀,向腔室内通入H、O、S或Se气氛和N2混合气,气压10000Pa,混合比例为1:3。衬底温度20~400℃,启动快速热处理装置,脉冲持续时间为3s,脉冲热处理薄膜表面温度为550℃~600℃,调整脉冲周期,控制薄膜表面硒化、钝化或掺杂过程。

Claims (8)

1.一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:在衬底温度为20℃~400℃范围条件下,在真空腔室内,采用脉冲式快速热处理方法对不同衬底上的半导体薄膜进行表面处理,热处理过程中的升温速率为100~300℃/s,半导体薄膜表面处理的深度在100nm以下,快速热处理半导体薄膜表面温度为500℃~1000℃。
2.按照权利要求1所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:所述的表面处理方法用于表面硒化、表面硫化、表面钝化或表面掺杂。
3.按照权利要求1所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:所述的半导体薄膜厚度为1.5um~2.5um。
4.按照权利要求1所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:所述的衬底材料为玻璃衬底,不锈钢衬底,聚酰亚胺衬底,Mo衬底及其他金属衬底。
5.按照权利要求1所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:所述的半导体材料包括I-III-VI族半导体材料Cu(In,Ga)Se2、CuInSe2、CuGaSe2、CuAlSe2、CuAlInSe2、CuAlGaSe2、CuInS2、CuGaS2、CuAlS2、CuAlInS2、CuAlGaS2、CuInSSe、CuGaSSe、CuAlSSe、CuAlInSSe、CuAlGaSSe;I-II-IV-VI族半导体材料包括Cu2ZnSnS4、Cu2ZnSnSe4、Ag2ZnSnS4、Ag2ZnSnSe4、Cu2CdSnS4、Cu2CdSnSe4、Cu2ZnGeS4、Cu2ZnGeSe4、Ag2CdSnS4、Ag2CdSnSe4、Ag2ZnGeS4、Ag2ZnGeSe4;III-V族半导体材料包括GaAs、Cd3As2、AlAs、Bi2Te3、SiC、InP、GaN、以及单晶Si、多晶Si、非晶Si、和纳米晶硅材料。
6.按照权利要求1所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:脉冲式快速热处理采用瞬间变化的、间歇式的和周期性重复的热处理方法。
7.按照权利要求2所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:所述的表面硒化处理是以固态Se或H2Se提供Se气氛对样品进行硒化以消除薄膜表面Se空位缺陷的过程,所述的表面硫化是以固态S或含S化合物为S源提供含S气氛对样品进行硫化以提高薄膜表面带隙、消除表面缺陷的过程,所述的表面钝化是在含H、O、S、Se的气氛中对样品进行处理,消除半导体薄膜表面悬挂键的过程,所述的表面掺杂是在半导体薄膜表面掺杂微量I、III、IV、V族元素以提高半导体导电能力的过程。
8.根据权利要求6所述的脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法,其特征在于:所述的脉冲式快速热处理方法中,每个脉冲周期内,脉冲持续时间,即热处理时间,为1~60s。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009076309A2 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Solopower, Inc. Methods structures and apparatus to provide group via and ia materials for solar cell absorber formation
CN102044577A (zh) * 2010-11-18 2011-05-04 深圳丹邦投资集团有限公司 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009076309A2 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Solopower, Inc. Methods structures and apparatus to provide group via and ia materials for solar cell absorber formation
CN102044577A (zh) * 2010-11-18 2011-05-04 深圳丹邦投资集团有限公司 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯端主编: "《固体物理学大辞典》", 28 February 1995 *

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