CN101781794B - 低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法 - Google Patents

低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多晶硅薄膜的制备尤其涉及太阳能电池用的低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法。一种低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：1.预处理，2.铝膜制备，3.非晶硅薄膜制备，4.后续退火处理，制备低掺杂率的多晶硅薄膜。经上述本发明制备的多晶硅薄膜，其铝掺杂浓度为2.6×1016/cm3，而空穴载流子的浓度为2×1018/cm3，与常规ACC过程制备的poly-si相比，明显降低了掺杂浓度。

Description

低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅薄膜的制备尤其涉及太阳能电池用的低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法。
背景技术：
硅晶太阳能电池价格昂贵，而硅原料成本占据了硅晶太阳能电池成本的50％～60％。因此降低太阳能电池成本，行之有效的办法就是减少硅材料的消耗。光伏产业正积极探索一系列研究方案，其中最为有效的就是采用较薄的硅衬底。目前，由于受切割工艺的限制，太阳能电池的硅晶衬底厚度大约为200～300μm，而厚度小于100μm硅衬底制备技术正处于研发中。最新的研究结果表明厚度为1μm的单晶或多晶硅膜就具有较好的光电转换效率。因此薄膜太阳能电池成为太阳能电池发展的最有潜力的方向之一。由于受材料、效率以及稳定性的限制，多晶硅薄膜太阳能电池成为目前最具有实用价值和市场潜力的发展方向之一。考虑到工业生产的实际需要，目前研究主要集中在寻找大规模生产过程中既要提高效率又要降低成本问题上的契合点。目前铝诱导非晶硅晶化制备多晶硅薄膜是一种具有潜力的多晶硅薄膜低温制备方法。但是该方法制备的多晶硅薄膜具有铝掺杂浓度高的缺陷(2×1018/cm-3)，因此这种方法制备的多晶硅薄膜不适用作太阳能电池的吸收层。
发明内容：
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法。以解决在低温条件下制备低掺杂浓度多晶硅薄膜，使得铝诱导晶化非晶硅制备多晶硅薄膜的铝掺杂浓度明显降低，提高薄膜太阳能电池转化效率。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，其主要特点是包括如下步骤：
A.预处理，在超声波清洗机中用清洗液和纯净水的混合液(0.5-3∶1000)对玻璃表面进行清洗；
B.铝膜制备，将预处理后的玻璃衬底上进行预镀铝，在玻璃衬底沉积厚度为300～800nm的铝膜；
C.非晶硅薄膜制备，在铝膜覆盖的玻璃衬底上沉积厚度为350～850nm的非晶硅薄膜；
D.后续退火处理，将ABC制备的Glass/Al/a-Si(玻璃/铝/非晶硅)薄膜在退火炉中进行退火处理，制备低掺杂率的多晶硅薄膜。
所述的低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，所述的后续退火处理过程包括如下步骤：
(1)、高温非晶硅原子快速扩散过程；所述的高温非晶硅原子快速扩散过程，具体步骤为：退火温度为500～550℃，时间为5～10分钟，在此过程中，大量非晶硅原子扩散进入铝层；
(2)、低温成核过程；
(3)、晶粒长大过程；
(4)、铝原子向外扩散过程。
所述的低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，所述的低温成核过程，其步骤为：退火温度为30～100℃，时间为20～60分钟，在此过程中，由于低温，造成硅原子在铝膜中过饱和，形成晶核。
所述的低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，所述的晶粒长大过程，其步骤为：退火温度为350～400℃，时间为30～60分钟，在此过程中，成核的硅原子慢速长大，形成较大的晶粒。
所述的低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，所述的铝原子向外扩散过程，其步骤为：退火温度为350～400℃，时间为30-90分钟，在此过程中，在多晶硅薄膜中残留的铝原子向外扩散，从而形成低掺杂多晶硅薄膜。
本发明的有益效果：经上述本发明制备的多晶硅薄膜，其铝掺杂浓度为2.6×1016/cm3，而空穴载流子的浓度为2×1018/cm3，与常规ACC过程制备的poly-si相比，明显降低了掺杂浓度。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：一种低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：
A.处理，在超声波清洗机中用清洗液和纯净水的混合液(1∶1000)对玻璃表面进行清洗；
B.铝膜制备，将预处理后的玻璃衬底上进行预镀铝，在玻璃衬底沉积厚度为300～400nm的铝膜；
C.非晶硅薄膜制备，在铝膜覆盖的玻璃衬底上沉积厚度为350～450nm的非晶硅薄膜；
D.后续退火处理，将ABC步骤制备的Glass/Al/a-Si(玻璃/铝/非晶硅)薄膜在退火炉中进行退火处理，制备低掺杂率的多晶硅薄膜。
所述的后续退火处理过程包括如下步骤：
(1)、高温非晶硅原子快速扩散过程；所述的高温非晶硅原子快速扩散过程，具体步骤为：退火温度为500～510℃，时间为8～10分钟，在此过程中，大量非晶硅原子扩散进入铝层；
(2)、低温成核过程；所述的低温成核过程，其步骤为：退火温度为30～50℃，时间为20～30分钟，在此过程中，由于低温，造成硅原子在铝膜中过饱和，形成晶核。
(3)、晶粒长大过程；所述的晶粒长大过程，其步骤为：退火温度为350～360℃，时间为50～60分钟，在此过程中，成核的硅原子慢速长大，形成较大的晶粒。
(4)、铝原子向外扩散过程。所述的铝原子向外扩散过程，其步骤为：退火温度为350～360℃，时间为50-60分钟，在此过程中，在多晶硅薄膜中残留的铝原子向外扩散，从而形成低掺杂多晶硅薄膜。
实施例2：一种低掺杂率8×1016/cm3多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：
A.预处理，在超声波清洗机中用清洗液和纯净水的混合液(2∶1000)对玻璃表面进行清洗；
B.铝膜制备，将预处理后的玻璃衬底上进行预镀铝，在玻璃衬底沉积厚度为400～600nm的铝膜；
C.非晶硅薄膜制备，在铝膜覆盖的玻璃衬底上沉积厚度为450～650nm的非晶硅薄膜；
D.后续退火处理，将ABC步骤制备的Glass/Al/a-Si(玻璃/铝/非晶硅)薄膜在退火炉中进行退火处理，制备低掺杂率的多晶硅薄膜。
所述的后续退火处理过程包括如下步骤：
(1)、高温非晶硅原子快速扩散过程；所述的高温非晶硅原子快速扩散过程，具体步骤为：退火温度为510～530℃，时间为5～8分钟，在此过程中，大量非晶硅原子扩散进入铝层；
(2)、低温成核过程；所述的低温成核过程，其步骤为：退火温度为50～80℃，时间为30～50分钟，在此过程中，由于低温，造成硅原子在铝膜中过饱和，形成晶核。
(3)、晶粒长大过程；所述的晶粒长大过程，其步骤为：退火温度为360～380℃，时间为30～50分钟，在此过程中，成核的硅原子慢速长大，形成较大的晶粒。
(4)、铝原子向外扩散过程。所述的铝原子向外扩散过程，其步骤为：退火温度为360～380℃，时间为30-50分钟，在此过程中，在多晶硅薄膜中残留的铝原子向外扩散，从而形成低掺杂多晶硅薄膜。
实施例3：一种低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：
A.预处理，在超声波清洗机中用清洗液和纯净水的混合液(3∶1000)对玻璃表面进行清洗；
B.铝膜制备，将预处理后的玻璃衬底上进行预镀铝，在玻璃衬底沉积厚度为600～800nm的铝膜；
C.非晶硅薄膜制备，在铝膜覆盖的玻璃衬底上沉积厚度为650～850nm的非晶硅薄膜；
D.后续退火处理，将ABC步骤制备的Glass/Al/a-Si(玻璃/铝/非晶硅)薄膜在退火炉中进行退火处理，制备低掺杂率的多晶硅薄膜。
所述的后续退火处理过程包括如下步骤：
(1)、高温非晶硅原子快速扩散过程；所述的高温非晶硅原子快速扩散过程，具体步骤为：退火温度为530～550℃，时间为5～8分钟，在此过程中，大量非晶硅原子扩散进入铝层；
(2)、低温成核过程；所述的低温成核过程，其步骤为：退火温度为60～100℃，时间为20～40分钟，在此过程中，由于低温，造成硅原子在铝膜中过饱和，形成晶核。
(3)、晶粒长大过程；所述的晶粒长大过程，其步骤为：退火温度为380～400℃，时间为50～60分钟，在此过程中，成核的硅原子慢速长大，形成较大的晶粒。
(4)、铝原子向外扩散过程。所述的铝原子向外扩散过程，其步骤为：退火温度为380～400℃，时间为50-60分钟，在此过程中，在多晶硅薄膜中残留的铝原子向外扩散，从而形成低掺杂2.6×1016/cm3多晶硅薄膜。

Claims (1)

1.一种低掺杂率多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.预处理，在超声波清洗机中用清洗液和纯净水的混合液对玻璃表面进行清洗，其中混合液中清洗液和纯净水的比例为0.5-3∶1000；
B.铝膜制备，将预处理后的玻璃衬底上进行预镀铝，在玻璃衬底沉积厚度为300～800nm的铝膜；
C.非晶硅薄膜制备，在铝膜覆盖的玻璃衬底上沉积厚度为350～850nm的非晶硅薄膜；
D.后续退火处理，将ABC步骤制备的Glass/Al/a-Si(玻璃/铝/非晶硅)薄膜在退火炉中进行退火处理，制备低掺杂率的多晶硅薄膜；
所述的后续退火处理过程包括如下步骤：
(1)、高温非晶硅原子快速扩散过程；所述的高温非晶硅原子快速扩散过程，具体步骤为：退火温度为500～550℃，时间为5～10分钟，在此过程中，大量非晶硅原子扩散进入铝层；
(2)、低温成核过程；
(3)、晶粒长大过程；
(4)、铝原子向外扩散过程；
所述的铝原子向外扩散过程，其步骤为：退火温度为350～400℃，时间为30-90分钟，在此过程中，在多晶硅薄膜中残留的铝原子向外扩散，从而形成低掺杂多晶硅薄膜；所述的低温成核过程，其步骤为：退火温度为30～100℃，时间为20～60分钟，在此过程中，由于低温，造成硅原子在铝膜中过饱和，形成晶核；所述的晶粒长大过程，其步骤为：退火温度为350～400℃，时间为30～60分钟，在此过程中，成核的硅原子慢速长大，形成较大的晶粒。
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