专利名称：在玻璃衬底上利用特定波长的光促进硅薄膜结晶的方法
技术领域：
本发明属于光学技术领域，涉及一种在玻璃衬底上利用特定波长的光促进硅薄膜 结晶的方法。
背景技术：
在玻璃衬底上制备薄膜是光电产业、半导体材料领域经常应用的技术方向，玻璃 具有优良的透光性，成本低廉，具有一定的强度，可以耐一定的高温，并且是一种建筑材料， 在廉价的玻璃衬底上制备优质薄膜极具商业价值。人们通过常规电阻丝加热、卤钨灯加热 和激光扫描等方法再晶化做结晶薄膜。按处理温度的高低划分，目前分为三类低温工艺、 中温工艺和高温工艺。一般来说，高温工艺容易制备出大颗粒的硅薄膜，但是，目前很难找 到一种廉价的无污染的耐高温衬底，另外耗能高、成本高(比如用激光晶化)；就低温工艺来 说，薄膜晶粒较小、缺陷较多、光电性能较差。因为普通玻璃应变点低的限制，所以通常希望 在较低的温度下，获得结晶效果更好的薄膜。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种结晶效果好，工艺简单，生 产成本低的硅薄膜结晶的方法。本发明的目的是这样实现的一种在玻璃衬底上利用特定波长的光促进硅薄膜结 晶的方法，包括如下步骤
a、沉底材料的预处理将清洗洁净的石英玻璃烘干后作为衬底，放置于等离子体化学 气相沉积装置的沉积室内做下一步处理；
b、非晶硅薄膜的制备先将沉积室抽真空至Γ6Χ10_4Pa，然后将反应气体硅烷和氢气 的混合体通入沉积室内，使得氢的稀释比为95%，在电极间距为2cm和放电功率为5(T60W 的条件下，进行射频辉光放电分解硅烷和氢气，从而在石英玻璃上沉积一层非晶硅薄膜； 沉积时衬底的温度为10(T30(TC，工作气压为133. 3Pa，沉积时间为2 3小时，薄膜厚度为 0. 5 1 μ m ；
C、多晶硅薄膜的制备将上述的非晶硅薄膜放置于光退火炉内，在以氮气作为保护气 体，且真空度为5. 6 X KT4Pa条件下，用频率为1. 2 X IO14Hz和2 X IO15Hz的光对硅薄膜进行 均勻照射，使硅薄膜的温度至70(T90(TC，退火保温广30min，然后自然冷却至2(T25°C，即
在石英玻璃上得到多晶硅薄膜。本发明具有如下优点本发明方法与传统方法相比较，使用有利于晶化、可以控制 波长的光照射，一方面可以提高硅薄膜的结晶效果，提高硅薄膜电池的效率和稳定性；另一 方面因为去掉了传统光照方法中其他多余频率的光和有害的热能，所以降低了室内温度， 从而可以使用廉价的低软化点玻璃，降低生产成本。总之，本方法使制备硅薄膜太阳能电池 工艺简单和生产成本降低。
具体实施例方式一种在玻璃衬底上利用特定波长的光促进硅薄膜结晶的方法，包括如下步骤
a、沉底材料的预处理将清洗洁净的石英玻璃烘干后作为衬底，放置于等离子体化学 气相沉积装置的沉积室内做下一步处理；
b、非晶硅薄膜的制备先将沉积室抽真空至5.6 X 10_4Pa，然后将反应气体硅烷和氢气 的混合体通入沉积室内，使得氢的稀释比为95%，在电极间距为2cm和放电功率为5(T60W 的条件下，进行射频辉光放电分解硅烷和氢气，从而在石英玻璃上沉积一层非晶硅薄膜； 沉积时衬底的温度为10(T300°C，工作气压为133. 3Pa，沉积时间为2小时，薄膜厚度为 0. 5 1 μ m ；
C、多晶硅薄膜的制备将上述的非晶硅薄膜放置于光退火炉内，在以氮气作为保护气 体，且真空度为5. 6X 10_4Pa条件下，用光频率为1. 2 X IO14Hz和2 X IO15Hz的卤钨灯对硅薄 膜进行均勻照射，当硅薄膜的温度至850°C，退火lmin，然后自然冷却至2(T25°C，即在石 英玻璃上得到均勻的多晶硅薄膜；当硅薄膜的温度至750°C，退火15min，然后自然冷却至 20 25°C，晶化率可达到75%。本发明的工作原理(1)采用射频辉光放电原理可以咋低温下沉积非晶硅薄膜。 (2)非晶硅薄膜转化为多晶硅薄膜是硅氢原子团与光相互作用，发生振动或转动的结果，当 光照提供的能量与硅氢键分裂和分子振动转动需要的能量相当时更容易发生共振吸收，从 而发生能态转移。在从非晶向多晶转化的过程中，Si :H的运动状态主要为分子的振动和转 动。并且分子的振动和转动能量都是量子化的。对于双原子Si :H可以根据对应的哈密顿 量表示的薛定谔方程计算出其发生振动或转动能级跃迁需要的能量，对应这一能量可以确 定所需照射光的波长及频率。(3)选用近似太阳光的光线作为光源，可以根据太阳光谱找出 Si :H键分裂、硅氢分子振动转动需要的能量对应的温度。在通氮气保护气体，真空条件下， Si薄膜在此温度下照一段时间，自然冷却至室温就可以得到所要求的样品。(4)用PECVD 法沉积的非晶硅薄膜用特定波长的光照射进行光退火与常规退火相比大大节约了时间。常 规退火是通过加热电阻丝所释放的热能，给非晶硅薄膜中的硅原子提供转化需要的能量， 加热电阻丝时所释放的热能是从低到高的各种能级的能量，其中真正符合需要的能量占总 能量的比例不高，因此，要有足够真正符合需要的能量，必须延长加热时间。光退火是通过 大面积的光照实现，光退火方式提供需要的能量更加直接，使非晶态薄膜转到多晶态薄膜 更容易，需要的时间就短的多。常规退火时间长，硅原子集团充分运动碰撞，所以退火后的 薄膜晶粒聚合在一起，分布不均勻；采用光退火是通过大面积的光照，时间短，退火后获得 的多晶硅薄膜的晶粒分布比较均勻，结构平滑。
权利要求
1. 一种在玻璃衬底上利用特定波长的光促进硅薄膜结晶的方法，其特征在于包 括如下步骤a、沉底材料的预处理将清洗洁净的石英玻璃烘干后作为衬底，放置于等离子体化学 气相沉积装置的沉积室内做下一步处理；b、非晶硅薄膜的制备先将沉积室抽真空至rexio_4pa，然后将反应气体硅烷和氢气 的混合体通入沉积室内，使得氢的稀释比为95%，在电极间距为2cm和放电功率为5(T60W 的条件下，进行射频辉光放电分解硅烷和氢气，从而在石英玻璃上沉积一层非晶硅薄膜； 沉积时衬底的温度为10(T30(TC，工作气压为133. 3Pa，沉积时间为2 3小时，薄膜厚度为 0. 5 1 μ m ；C、多晶硅薄膜的制备将上述的非晶硅薄膜放置于光退火炉内，在以氮气作为保护气 体，且真空度为5. 6 X KT4Pa条件下，用频率为1. 2 X IO14Hz和2 X IO15Hz的光对硅薄膜进行 均勻照射，使硅薄膜的温度至70(T90(TC，退火保温广30min，然后自然冷却至2(T25°C，即在石英玻璃上得到多晶硅薄膜。
全文摘要
本发明属于光学技术领域，涉及一种在玻璃衬底上利用特定波长的光促进硅薄膜结晶的方法，包括如下步骤a、沉底材料的预处理；b、非晶硅薄膜的制备；c、多晶硅薄膜的制备，本发明方法与传统方法相比较，使用有利于晶化、可以控制波长的光照射，一方面可以提高硅薄膜的结晶效果，提高硅薄膜电池的效率和稳定性；另一方面因为去掉了传统光照方法中其他多余频率的光和有害的热能，所以降低了室内温度，从而可以使用廉价的低软化点玻璃，降低生产成本。总之，本方法使制备硅薄膜太阳能电池工艺简单和生产成本降低。
文档编号C23C16/24GK102102192SQ20101055036
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者万志刚, 武俊林, 董林, 阎韬, 靳瑞敏, 韩香菊 申请人:河南安彩高科股份有限公司