CN109545656B - 氢化非晶硅薄膜制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢化非晶硅薄膜制备方法，包括：S1将单晶硅片清洗并制绒；S2在硅片表面预沉积氢等离子；S3在硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；S4对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜。其结合对硅片进行H等离子沉积前期处理和对a‑Si:H薄膜进行退火处理，有效降低了界面区域缺陷密度，优化a‑Si/c‑Si界面质量，进而提高HIT电池的效率。

Description

氢化非晶硅薄膜制备方法
技术领域
本发明涉及再生能源技术领域，尤其涉及一种氢化非晶硅薄膜制备方法。
背景技术
随着经济全球一体化，中国的经济和工业得到迅猛发展，对于能源的需求急剧增加，中国乃至全球都面临着能源危机，发展无污染、可再生、低成本的新能源已经成为当今世界能源发展的必然趋势和主流。太阳能是将太阳光的能量转化为电能，太阳能光伏发电被认为是解决全球能源危机的有效途径，也是未来能源生产的重要组成部分。
目前，国际上基于氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池(Hetero-junction with Intrinsic Thin-layer，以下简称HIT)的光电转换效率已高达26.6％，且由于HIT电池具备低成本、低温工艺、高稳定性、高转换效率、高开路电压、良好的钝化效果、优秀的温度特性等优势，在光伏电池产业领域有着广大的前景。但是，国内研究机构制备的HIT电池的转换效率普遍较低。
a-Si:H薄膜作为HIT太阳电池核心薄层，本质作用是钝化单晶硅表面的悬挂键，从而降低界面区域的缺陷态密度，其性能是影响HIT电池高性能的关键性因素之一。
对于a-Si:H薄膜的退火研究发现，短程氢扩散产生的附加H原子可以很好地与界面处的不饱和Si键结合，降低界面缺陷态密度，从而提高少数载流子寿命。但是，H原子长距离扩散，将产生新的复合中心，降低光电转换效率，所以，虽然现有制备a-Si:H薄膜的工艺中，会对a-Si:H薄膜进行退火处理，对a-Si:H薄膜的钝化效果却并无显著的改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢化非晶硅薄膜制备方法，有效解决了现有技术中对a-Si:H薄膜的钝化效果改善不显著的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种氢化非晶硅薄膜制备方法，包括：
S1 将单晶硅片清洗并制绒；
S2 在硅片表面预沉积氢等离子；
S3 在硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；
S4 对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜。
进一步优选地，在步骤S2中，使用PECVD（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学的气相沉积法）技术将氢等离子沉积于硅片表面。
进一步优选地，在步骤S2沉积氢等离子的过程中，原子入射动能为0.52 eV（电子伏特），入射频率为1000 fs（飞秒）一个原子，沉积时间为200 ps（皮秒）。
进一步优选地，在步骤S3中，使用PECVD技术在沉积了氢等离子的硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团。
进一步优选地，在步骤S3沉积SiHx等离子体基团的过程中，沉积温度为500 K，基团入射动能为1.45 eV，入射频率为1000 fs一个基团。
进一步优选地，氢化非晶硅薄膜的厚度为2~4 nm（纳米）。
进一步优选地，在步骤S4对氢化非晶硅薄膜进行退火处理的过程中，退火温度为500 K（开尔文），退火时间为180 ps。
在本发明提供的氢化非晶硅薄膜制备方法中，结合对硅片进行H等离子沉积前期处理和对a-Si:H薄膜进行退火处理，有效的降低界面区域缺陷密度，进而降低衬底晶体硅表面的悬挂键，优化a-Si/c-Si界面质量，提升少子寿命，从而提高HIT电池的效率。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中氢化非晶硅薄膜制备方法流程示意图；
图2为本发明中氢化非晶硅薄膜制备过程示意图；
图3为本发明一实例中氢化非晶硅薄膜制备过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
如图1所示为本发明提供的氢化非晶硅薄膜制备方法，从图中可以看出，在该制备方法中包括：S1 将单晶硅片清洗并制绒；S2 在硅片表面预沉积氢等离子；S3 在硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；S4 对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜。
在该制备方法中，将清洗并制绒后的硅片置于PECVD腔中，利用PECVD技术控制H等离子的入射动能，对硅片进行前期处理，预沉积氢等离子体于其表面，如图2(a)所示；之后，再次利用PECVD技术沉积SiHx(x=1,2,3)等离子体基团，得到a-Si:H薄膜，如图2(b)所示；最后，得到的a-Si:H薄膜及整个样品，采取后期退火处理，得到高钝化效果的a-Si:H薄膜，如图2(c)所示。由在退火处理过程中，H原子会进行扩散，前期预沉积到硅片中的H原子很大一部分会往界面区域扩散，中和界面处的Si悬挂键，降低界面缺陷态密度，从而较大幅度提高a-Si:H薄膜的钝化效果。
在一实例中，将清洗并制绒后的硅片置于PECVD腔中，采用PECVD方法沉积H于硅片1上，在沉积过程中：原子入射动能为0.52 eV，入射频率为1000 fs一个原子，沉积时间为200 ps。如图3(a)为沉积氢等离子后的示意图，可以看出，在沉积过程中，H原子2（图示中颜色较深的原子）渗透入硅片1中。
之后，在硅片上进一步沉积SiHx等离子体基团3制备约3 nm的a-Si:H薄膜，在沉积过程中：沉底温度为500 K，基团入射动能为1.45 eV，入射频率为1000 fs一个基团，基团入射方向为垂直于硅片表面。如图3(b)为沉积SiHx等离子体基团后的示意图，可以看出，硅片1和a-Si:H薄膜3中都含有H原子2。
最后，对得到的a-Si:H薄膜采取后退火处理，在退火过程中，温度选取500 K，退火时间约为180 ps。如图3(c)所示为退火前后界面区域（a-Si:H/c-Si界面）的H原子数相对含量示意图，可以看出，经过退火后界面区域的H含量增加，增加幅度约为10%。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种氢化非晶硅薄膜制备方法，其特征在于，所述制备方法中包括：
S1 将单晶硅片清洗并制绒；
S2 在硅片表面预沉积氢等离子；
S3 在硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；
S4 对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜；
在步骤S3中，使用PECVD技术在沉积了氢等离子的硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团；
在步骤S3沉积SiHx等离子体基团的过程中，沉积温度为500 K，基团入射动能为1.45eV，入射频率为1000 fs一个基团。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，使用PECVD技术将氢等离子沉积于硅片表面。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2沉积氢等离子的过程中，原子入射动能为0.52 eV，入射频率为1000 fs一个原子，沉积时间为200 ps。
4.如权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，氢化非晶硅薄膜的厚度为2~4nm。
5.如权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4对氢化非晶硅薄膜进行退火处理的过程中，退火温度为500 K，退火时间为180 ps。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109943823A (zh) * 2019-03-07 2019-06-28 上海米蜂激光科技有限公司 基于氢等离子体处理制备a-Si:H薄膜的方法
CN110801819B (zh) * 2019-10-25 2022-06-14 南昌大学 一种用于去除放射性碘离子的吸附剂及其应用
CN110760925A (zh) * 2019-11-15 2020-02-07 常州时创能源科技有限公司 Pecvd淀积非晶硅薄膜的方法及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397737A (en) * 1992-05-05 1995-03-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Deposition of device quality low H content, amorphous silicon films
US5776819A (en) * 1992-05-05 1998-07-07 Midwest Research Institute Deposition of device quality, low hydrogen content, amorphous silicon films by hot filament technique using "safe" silicon source gas
WO2010147483A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Rec Solar As Method for improved passivation and solar cell with improved passivation

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1872413A1 (en) * 2005-04-14 2008-01-02 Renewable Energy Corporation ASA Surface passivation of silicon based wafers
CN101752458A (zh) * 2008-12-17 2010-06-23 广东志成冠军集团有限公司 一种太阳能电池单晶硅片的界面钝化方法
WO2012085155A2 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Imec Method for heterojunction interface passivation
CN102386253A (zh) * 2011-11-02 2012-03-21 北京汇天能光电技术有限公司 一种异质结太阳能电池的界面处理技术
CN103258919B (zh) * 2013-05-02 2016-01-20 中国科学院半导体研究所 非晶硅与多晶硅薄膜界面钝化及制备spa结构hit电池的方法
US9593414B2 (en) * 2013-12-31 2017-03-14 Intermolecular, Inc. Hydrogenated amorphous silicon dielectric for superconducting devices
CN105097997A (zh) * 2015-08-28 2015-11-25 中国电子科技集团公司第四十八研究所 HIT电池用N型硅片a-Si:H薄膜的制备方法
CN105489669B (zh) * 2015-11-26 2018-10-26 新奥光伏能源有限公司 一种硅异质结太阳能电池及其界面处理方法
CN106531834B (zh) * 2016-11-30 2018-01-30 华中科技大学 一种hit太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397737A (en) * 1992-05-05 1995-03-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Deposition of device quality low H content, amorphous silicon films
US5776819A (en) * 1992-05-05 1998-07-07 Midwest Research Institute Deposition of device quality, low hydrogen content, amorphous silicon films by hot filament technique using "safe" silicon source gas
WO2010147483A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Rec Solar As Method for improved passivation and solar cell with improved passivation

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