专利名称：一种结晶硅薄膜的制备方法
技术领域：
本发明为一种新的结晶硅薄膜的制备方法，属于薄膜技术领域和太阳能利用技术领域。
背景技术：
化石能源的逐步枯竭和环保问题使得可再生能源的发展变得越来越重要，成为产业发展的一个重要 方向。可再生能源主要包括风能、潮汐能、生物能、水能和太阳能等，其中太阳能的利用包括光热和光电 两个方向。在光电方面，当前光电池的主体是晶硅电池，由于需要大量的单晶或多晶硅材料，使得发电成 本比当前主流发电技术的成本很多，阻碍了其正常发展。解决这一问题的有效方法是采用薄膜硅电池，其 材料使用率仅为晶硅电池的数百分之一。当前薄膜硅光电池产品以非晶硅电池为主，效率较低，还存在退化问题。对于非晶硅薄膜电池，由 于基本是直接带隙，所以光吸收系数很大，厚度l微米就足够了。非晶硅薄膜电池成本基本为晶硅电池的 三分之一，但效率也基本为三分之一，相比没有什么优势。多晶硅薄膜光电池是发展方向之一，效率可以达到15%以上，其核心技术是多晶硅薄膜的沉积。当 前较为广泛采用的多晶硅薄膜的沉积方法包括多种。 一种方法是，在能经受800'C以上高温的衬底上直接 用化学气相沉积方法沉积多晶硅薄膜，该方法涉及到的衬底价格昂贵，而且工艺条件复杂，制成的电池成 本很高，无法与晶硅电池竞争。正在广泛研究的一种方法是所谓的金属诱导形成多晶硅，其基本过程是 在玻璃衬底上沉积一层铁、钴、镍、铝、铜、银、镁、钯、稀土等金属薄膜，再在其上沉积一层非晶硅或 含氢非晶硅薄膜，然后在氩气或氮气保护下进行退火，退火温度一般为45(TC左右，时间数小时。这一过 程中金属薄膜将扩散到非晶硅或含氢非晶硅薄膜上面，并且诱导非晶硅或含氢非晶硅薄膜转变为结晶硅薄 膜。用这种方法得到的结晶硅薄膜中的晶粒尺寸一般为10纳米左右，而多晶硅薄膜厚度一般要达到微米 以上，相比之下晶粒尺寸就太小，导致光生载流子在其中的散射和复合相当严重，得到的电池效率很难超 过10%。针对所述的问题，本发明提出一种新型金属诱导形成多晶硅的方法，成功的解决了广泛采用方法得 到的结晶硅晶粒过小的问题，为光电池产业发展提供了可靠的基础。除了应用于光电池外，本发明还可以 用于其它采用薄膜硅材料的电子或光电子器件中，大大提高这些器件的性能。
发明内容
一种结晶硅薄膜的制备方法，其过程依次包括在玻璃衬底或己经沉积有透明导电薄膜的玻璃衬底 上沉积一层金属铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜，继续沉积一层非晶硅薄膜或含氢非晶硅薄膜；将 得到的沉积有上述薄膜的玻璃在温度40(TC到60(TC之间进行退火，金属铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜将扩散到非晶硅或含氢非晶硅薄膜的上面，同时诱导非晶硅或含氢非晶硅薄膜转换为结晶硅薄膜， 用酸腐蚀掉铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜，得到在玻璃衬底或已经沉积有透明导电薄膜的玻璃衬 底上的结晶硅薄膜。与广泛采用的在氩气或氮气中进行退火诱导不同，本发明中退火过程是在真空条件下 进行的。以下详细解释本发明与已有技术相比的突出技术效果。采用本发明后，当合理选择参与诱导过程的金属薄膜厚度、退火温度、退火时间等参数后，得到的 结晶硅薄膜中的晶粒尺寸一般可以达到数百纳米，甚至达到微米量级，最好情况下晶粒尺寸与薄膜厚度相同。与常规方法得到的10纳米左右的晶粒尺寸相比，增大数十倍，效果非常明显。这么大的晶粒尺寸将 导致晶界引起的载流子散射和复合几乎可以忽略，如果用于光电池，效率将会大大提高，用于其它电子或 光电子器件中时，也可提高载流子迁移率，增大器件电流，降低噪声。
具体实施方式
以下以具体例子进一步阐述本发明。
实施例l:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层20纳米厚的铜，再沉积一层200纳 米厚的非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10—Spa的真空条件下退火6小时，退火温度保持在450'C。用酸 腐蚀掉铜膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过200纳米。实施例2:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层50纳米的铜，再沉积一层400纳米 厚的非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10_3Pa的真空条件下退火8小时，退火温度保持在450'C。用酸腐 蚀掉铜膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过200纳米。实施例3:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层20纳米的铝，再沉积一层400纳米 厚的非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10—spa的真空条件下退火8小时，退火温度保持在45(TC。用酸腐 蚀掉膜铝，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过200纳米。实施例4:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层30纳米的镍，再沉积一层400纳米 厚的非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空条件下退火8小时，退火温度保持在45(TC。用酸腐 蚀掉镍膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过200纳米。实施例5:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层20纳米厚的铜，再用化学气相沉积 方法沉积一层200纳米厚的含氢非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空条件下退火6小时，退火 温度保持在450'C。用酸腐蚀掉铜膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超 过200纳米。实施例6:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层50纳米的铜，再用化学气相沉积方 法沉积一层400纳米厚的含氢非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10_3Pa的真空条件下退火8小时，退火温 度保持在45(TC。用酸腐蚀掉铜膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过 200纳米。实施例7:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层30纳米的铝，再用化学气相沉积方 法沉积一层400纳米厚的含氢非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空条件下退火8小时，退火温 度保持在45(TC。用酸腐蚀掉铝膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过 200纳米。实施例8:以普通钠钙玻璃为衬底，用电子束蒸发方法沉积一层30纳米的镍，再用化学气相沉积方 法沉积一层400纳米厚的含氢非晶硅。将沉积上述薄膜的玻璃在10—3Pa的真空条件下退火8小时，退火温 度保持在45(TC。用酸腐蚀掉镍膜，用X射线衍射方法测量结晶程度，为单一的lll晶向，晶粒尺寸超过 200纳米。
权利要求
1. 一种结晶硅薄膜的制备方法，其过程依次包括在玻璃衬底或已经沉积有透明导电薄膜的玻璃衬底上沉积一层金属铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜，继续沉积一层非晶硅薄膜或含氢非晶硅薄膜；将得到的沉积有上述薄膜的玻璃在温度400℃到600℃之间进行退火，金属铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜将扩散到非晶硅或含氢非晶硅薄膜的上面，同时诱导非晶硅或含氢非晶硅薄膜转换为结晶硅薄膜，用酸腐蚀掉铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜，得到在玻璃衬底或已经沉积有透明导电薄膜的玻璃衬底上的结晶硅薄膜，其特征在于，所述的退火过程是在真空条件下进行的。
全文摘要
一种结晶硅薄膜的制备方法，属于薄膜和太阳能利用技术领域。该方法依次包括在玻璃衬底或已经沉积有透明导电薄膜的玻璃衬底上沉积一层金属铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜，继续沉积一层非晶硅薄膜或含氢非晶硅薄膜；将得到的沉积有上述薄膜的玻璃在真空条件下进行退火，退火温度控制在400℃到600℃之间，金属铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜将扩散到非晶硅或含氢非晶硅薄膜的上面，同时诱导非晶硅或含氢非晶硅薄膜转换为结晶硅薄膜，用酸腐蚀掉铝、铜、银、铁、钴、镍、镁等的薄膜，得到在玻璃衬底或已经沉积有透明导电薄膜的玻璃衬底上的结晶硅薄膜。
文档编号C30B29/06GK101397694SQ20071015202
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月27日 优先权日2007年9月27日
发明者李德杰 申请人:李德杰