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制备多晶硅薄膜的工艺

信息来源:nooeoo.com  时间:2008-02-15  浏览次数:136

  目前,制备多晶硅薄膜的工艺方法主要有以下几种:
  (1)化学气相乘积法(CVD法)
  (2)等离子体增强化学气相沉积法(PECVD法)
  (3)液相外延法(LPE)
  (4)等离子体溅射沉积法
  目前,制备多晶硅薄膜的工艺方法主要有以下几种:
  (1)化学气相乘积法(CVD法)
  (2)等离子体增强化学气相沉积法(PECVD法)
  (3)液相外延法(LPE)
  (4)等离子体溅射沉积法
  化学气相沉积(CVD)法就是将衬底加热到适当的温度,然后通以反应气体(如SIH2CL2、DIHCL3、SICL4、SIH4等),在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在衬底表面。这些反应的温度通常较高,在800~1200℃之间。人们发现,如果直接在非硅底材上用CVD法沉积多晶硅,较难形成较大的晶粒,并且容蝗在晶粒之间形成孔隙,对制备较高效率的电池不利。因此发展了再结晶技术,以提高晶粒尺寸,其具体方法是:先用低压化学气相沉积(LPCVD)法在衬底表面形成一层较薄的、重掺杂的非晶硅层,再用高温将这层非晶硅层退火,得到较大的晶粒,用这层较薄的大尽寸多晶硅层作为籽晶层,在其上面用CVD法生长厚的多晶硅膜。可以看出,这种CVD法制备多晶硅薄膜太阳电池的关键是寻找一种较好的再结晶技术。到目前为止,再结晶技术主要有以下几种:
  (1)固相晶化(LAR)法
  (2)区熔再结晶(ZMR)法
  (3)激光再结晶(LMC)法
  固相晶化法需对非晶硅薄膜进行整体加热,温度要求达到1414℃的硅的熔化点。该法的缺点是整体温度较高,晶粒取向散乱,不易形成柱状结晶。区熔再结晶法需将非晶硅整体加热至一定温度,通常是1100℃,再用一个加热条加热局部使其达到熔化状态。加热条在加热过程中需在非晶硅表面移动。区熔再结晶法可以得到厘米量级的晶粒,并且在一定的技术处理和工艺条件的配合下可以得到比较一致的晶粒聚向。激光退火法采用激光束的高温将非晶硅薄膜熔化结晶,以得到多晶硅薄膜。在这三种方法中以ZMR法最成功,日本三菱公司用该法制备的电池,效率已达16.42%,德国的FRONHAUFER研究所在这方面的研究处于领先水平。
  等离子增强化学气相沉积(PECVD)法是利用PECVD技术在非硅衬底上制备晶粒较小的多晶硅薄膜的一种方法。该薄膜是一种P-I-N结构,主要特点是在P层和N层之间有一层较厚的多晶硅的本征层(I层)。其制备温度很底(100-200℃),晶粒很小(~10-7M量级),但已属于多晶硅薄膜,几乎没有效率衷减问题。日本科尼卡公司在1994年提出这一方法,目前用这一方法制备的电池,最高效率已达10.7%。但是,该方法也存在生长速度太慢以及薄膜极易受损等问题,有待今后研究改进。
  液相外延(LPE)法就是通过将硅熔融在母液里,降低温度使硅析出成膜的一种方法,美国ASTRO POWER公司和德国MAX-PLANK研究所对这一技术进行了深入的研究。前者用LPE法制备的电池,效率已达12.2%,但技术细节十分保密。
  等离子体溅射法是一种物理制备法,还很不成熟。其主要问题也是晶粒的致密度问题。
  除了上述制备薄膜的方法外,在用多晶硅薄膜制备太阳电池器件方面人们也采取了一系列工艺步聚,以提高效率。这些工艺步聚包括:
  (1)衬底的制备和选择
  (2)隔离层的制备
  (3)籽晶层或匹配层的制备
  (4)晶粒的增大
  (5)沉积多晶硅薄膜
  (6)制备P-N结
  (7)光学限制:上下表面结构化,上下表面减反射
  (8)电学限制:制备背场(BSF)和前后电极的欧姆接触
  (9)制备电极
  (10)钝化:晶粒间界的钝化和表面钝化
  目前,几乎所有制备体单晶硅高效电池的实验室技术均已用在制备多晶硅薄膜太阳电池的工艺上,甚至还包括一些制备集成电路的方法和工艺。表1总结了多晶硅薄膜太阳电池的进展情况。

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