专利名称：一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜太阳能电池的制备方法，尤其涉及一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，属于光电应用和新能源技术领域。
背景技术：
不可再生能源如煤炭和石油等地球储存量有限，而社会高速发展又需要大量能源。所以能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能发电资源，寻求经济发展的新动力。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源。应用太阳能，既不会出现大气污染，也不会影响生态平衡，只要阳光所及之处，均能利用太阳能。目前太阳能的利用主要有光热、光化学转换和太阳电池发电三种形式。光热利用成本低、方便、效率较高，但不利于能量传输，一般只能就地使用，且输出能量形式不具有通用性。光化学转换在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人类还不能很好地利用。太阳电池是一种小型的半导体器件，当太阳光投射到它的表面时，它就把光能直接转换成电能。太阳电池的发电利用以电能作为最终表现形式，具有传输方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有前两者无法替代的优势。单晶硅和多晶硅太阳电池的制备技术已很成熟，其产品的光电转换效率达17% -22%，占太阳电池产品市场份额的95%。但高昂的材料成本在全部生产成本中占据主导地位，使其成本始终居高不下，而且制作全过程中要消耗很多的能源。为此，基于薄膜技术的第二代太阳电池便发展起来了。薄膜光伏电池工艺，经过多年的研究发展，主要包括非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池和(μ c-Si)微晶硅薄膜太阳电池以及纳米硅薄膜太阳电池，碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池和铜铟(镓)硒(CI(Ga)Se)薄膜太阳电池以及染料敏化TW2纳米薄膜太阳电池。薄膜太阳电池不用硅片做原材料(> 300微米厚)，而是在玻璃等廉价衬底上或柔性衬底上沉积压微米到微米量级的半导体有源层，并且采用低温工艺沉积薄膜工艺。在众多薄膜电池中，很有前途的薄膜太阳电池之一为纳米硅薄膜太阳电池。这是因为纳米硅薄膜有独特的微观结构即纳米硅薄膜的组分是大量的微小晶粒占总体积百分比 50%，另外50%是由小晶粒中间无序状态的硅原子构成，各晶粒之间界面层度为2-4个原子层，与非晶硅(a_Si:H)、微晶硅(yc-Si:H)和多晶硅(pc_Si)相比，纳米尺寸硅晶粒和大量界面的存在对薄膜结构物性有重要的作用即由于量子力学的隧道效应而表现出高电导率(δ = 10_3 IO-1Q-1 · cm—1)、低电导激活能(ΔΕ = 0. 12 0. 15eV)的特征，并且其薄膜电池光谱响应曲线的峰值波长比单晶硅的峰值波长小即向短波方向移动，这表明纳米硅薄膜太阳电池在可见光及红外范围光吸收系数比单晶硅高，这有利于太阳光的充分吸收而提高光电转换效率，其光电转换效率的理论值为31. 34%，这比单晶硅太阳电池的理论值27%高。纳米硅薄膜的光能隙范围为1. 6 2. &V，不同晶态比值X。和晶粒尺寸d值的硅薄膜具有不同宽度的光能隙值，并且通过控制沉淀过程中的工艺条件可以人为的改变nc-Si:H膜的结构，进而改变其光能隙即硅膜中所含晶粒尺寸越小其光能隙越大。这样通过工艺参数的调节改变nc-Si:H膜的光能隙值，就可以选配出合理的顶底电池带隙组合。另外，纳米硅薄膜制备无须高温扩散工艺，基本上克服了非晶硅薄膜电池的S-W效应即光致效率退化效应，并且其制备工艺即PECVD工艺与现代半导体工业相匹配可以降低成本。所以纳米硅薄膜将可能成为取代单晶硅、非晶硅的光伏材料。但是，上述所有薄膜太阳能电池的薄膜制备技术的成熟度很差，这表现在薄膜太阳能电池的光电转换效率低，并且没有工艺的重复性。本发明旨在用椭园偏振光实时监控技术并采用纳米硅薄膜材料制备薄膜光伏电池，以提升工艺的重复性和提高纳米硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
1.发明目的本发明的目的是提供一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，它克服了现有技术的不足，采用椭园偏振光实时监控技术制备纳米硅薄膜太阳能电池；通过椭园偏振光实时监控技术，可提高纳米硅薄膜太阳能电池工艺的重复性，并提高纳米硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。2.技术方案内容本发明一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，该方法包括以下步骤步骤一采用湿化学法对单晶硅片进行各向异性腐蚀，获得金字塔状的绒面硅片衬底。步骤二采用热蒸发方法或磁控溅射方法制备纳米硅薄膜太阳能电池的背电极。步骤三采用PECVD法即等离子体增强化学气相沉积法，通入硅烷SiH4制备I层纳米硅薄膜，通入硅烷SiH4和磷烷PH3等混合气体制备N层纳米硅薄膜，通入硅烷SiH4和硼烷IH5等混合气体制备P层纳米硅薄膜。步骤四在步骤三沉积纳米硅薄膜过程中，采用椭园偏振光实时监控薄膜生长过程的制备方法，这是本专利申请的核心。步骤五采用热蒸发方法或磁控溅射方法或丝网印刷技术制备纳米硅薄膜太阳能电池的透明导电膜电极和上电极(删极)。其中，步骤一的具体作法是硅片清洗后放在聚四氟乙烯容器中用HF 去离子水=1 50的稀溶液腐蚀9-11秒钟的时间，然后在四-31秒左右的时间内用大量的去离子水冲洗HF酸，从而去除单晶硅片上的二氧化硅层。采用碱溶液化学腐蚀的方法即以NaOH作为反应物并以异丙醇作为添加剂调节腐蚀速度各向异性因子，其NaOH与异丙醇的混合溶液对单晶硅进行各向异性腐蚀，NaOH浓度3%，异丙醇的用量5%，反应温度90°C，腐蚀时间为50min。在这一条件下，制备出类金字塔的织构表面即绒面硅片衬底。其中，步骤二的具体作法是采用热蒸发方法制备背电极时，系统本底真空抽至8.0X10-4Pa以下，样品温度为200°C 400°C，电阻蒸发或电子束蒸发高纯铝Al膜等金属导电膜皆可；采用磁控溅射方法制备背电极时，系统本底真空抽至8. OX 10-4 以下，样品温度为200°C 400°C，溅射电流0. 4-0. 8A，溅射电压350-450V，工作气体Ar2,工作气压0. 5-3Pa，溅射高纯铝Al靶等金属靶，从而在样品表面上形成高纯铝Al膜等金属导电膜；再进行真空退火处理即系统本底真空抽至8. 0 X 10_4Pa以下，退火温度为450°C 560°C，退火时间为5min 20min，这时沉积的铝膜明显致密，膜与衬底的结合变好，有利于降低薄膜的电阻。其中，步骤三的具体作法是先将系统本底真空度抽到8. OX 10-4 以下，再通入氢稀释了的浓度为5%的高纯硅烷SiH4,温度为200-380°C，工作气压为1. 0-3. OTorr，射频功率为40-60W，采用此工艺条件可制备出I层纳米硅薄膜，其晶态含量在(50士幻％之间，晶态峰在509-518(^1之间，室温电导率达到IO1 Ω -1Cm1-IO2 Ω cm"1 cm"1 ；在上述工艺的基础上，再通入高纯氢气吐和氢稀释了的浓度为0. 5%的高纯磷烷PH3,其硅烷SiH4、氢气H2、磷烷PH3这三种工作气体的流量比为5 100 5-15 (SCCM)，采用此工艺条件可制备出N层纳米硅薄膜，其电导率达IO1Q-1Cm1-IO2Q-1Cm1Cm1 ；在上述工艺的基础上，将磷烷PH3换成硼烷IH5即通入高纯氢气H2和氢稀释了的浓度为5%的高纯硼烷IH5，其硅烷SiH4、氢气H2、硼烷KH5这三种工作气体的流量比为5 100 0. 3-0. 8 (SCCM)，并且直流偏压为100-300V，采用此工艺条件可制备出P层纳米硅薄膜，其电导率达IO1Q-1Cm1-IO2Q-1CmA其中，步骤四的具体作法是采用消光型椭园偏振光测膜厚仪原理，在工作腔室两侧的真空隔离腔室里分别安装起偏器、四分之一波片和检偏器、激光器；波长635nm激光经起偏器和四分之一波片，再经工作腔室左侧窗口，进入工作腔室以60° -80°度斜入射于样品表面，其反射光束经工作腔室右侧窗口进入右预真空腔室，再经检偏器入射于光电倍增管或半导体光电池而被探测其光强变化。对于设定的薄膜来说，有给定的椭偏参数Δ、Ψ即对应于一定的起偏器角度和检偏器角度时其光强为零，在薄膜生长过程中，其光强变化有相应的变化，在光强为零时，便生长所设定的薄膜，这时关机停止薄膜生长，从而达到实时监控薄膜生长的目的。其中，步骤五的具体作法是采用热蒸发方法制备电极时，系统本底真空S-OXlO-4Pa以下，样品温度为200°C 500°C，电阻蒸发或电子束蒸发勻可；采用磁控溅射方法制备电极时，系统本底真空8.0X10_4Pa以下，样品温度为200°C 500°C，溅射电流0. 4-0. 8A，溅射电压350-450V，工作气体Ar2,工作气压0. 5_3Pa ；丝网印刷技术采用通用的丝网印刷技术。采用磁控溅射方法制备ITO等透明导电膜电极时，系统本底真空8. OX IO^4Pa以下，样品温度为200°C 500°C，通入高纯氩气Ar和高纯氧气O2，这两种工作气体的流量比为100 1.5-2. 5 6010，工作气压0.5-3 ￡1;溅射电流0.4-0.64，溅射电压350-420V。镀膜材料采用透明导电膜材料如铟锡氧化物即ITO或掺铝氧化锌即AZO等，而上电极(删极)材料采用金属膜如铝AL膜等或各金属膜复合膜如钛鈀银等。3.优点及功效本发明技术与现有技术相比具有的优点及积极效果采用椭园偏振光实时监控薄膜生长过程，从而提高了纳米硅薄膜光伏电池工艺的重复性；本发明技术制备出的纳米硅薄膜光伏电池其最佳光谱响应波段在900nm附近，相比于单晶硅太阳电池的最佳光谱响应波段IOOOnm向短波方向发生了移动，因而在吸收可见光区域的能量方面纳米硅薄膜太阳电池占优；本发明技术是采用硅烷作为工作气体，因而是低成本制备硅薄膜光伏电池的方法。
图1是本发明的工艺流程图。图中符号说明如下1、样品清洗和制绒2、制背电极及退火处理3、椭园偏振光实时监控4、制I层、N层、P层纳米硅薄膜5、制透明导电膜电极和上电极(删极)
具体实施例方式请参阅图1，本发明一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，列举具体实施例如下实施例一见图1，本发明一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，包括以下步骤步骤一采用常规的硅片清洗工艺即改进的RCA清洗工艺对P型硅片进行清洗后， 放在聚四氟乙烯容器中用HF 去离子水=1 50的稀溶液腐蚀10秒钟的时间，然后在30 秒钟内用大量的去离子水冲洗HF酸，从而去除单晶硅片上的二氧化硅层。采用碱溶液化学腐蚀的方法即以NaOH作为反应物并以异丙醇作为添加剂调节腐蚀速度各向异性因子，其 NaOH与异丙醇的混合溶液对单晶硅进行各向异性腐蚀，NaOH浓度3%，异丙醇的用量5%， 反应温度90°C，腐蚀时间为50min。在这一条件下，制备出类金字塔的织构表面。步骤二 将磁控溅射系统本底真空抽止8. OX 10_4Pa以下，样品温度为200°C，溅射电流0. 8A，溅射电压350V，工作气体Ar2,工作气压0. 5Pa,溅射高纯铝Al靶等金属靶，从而在样品表面上形成高纯铝Al膜等金属导电膜；再进行真空退火处理即系统本底真空抽止 8.0X10-4Pa以下，退火温度为560°C，退火时间为20min，这时沉积的铝膜明显致密，膜与衬底的结合变好，有利于降低薄膜的电阻。步骤三将等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统本底真空度抽到8. 0 X KT4Pa 以下，再通入氢稀释了的浓度为5%的高纯硅烷SiH4,温度为220°C，工作气压为3. OTorr, 射频功率为60W，采用此工艺条件并在椭园偏振光实时监控下可制备出I层纳米硅薄膜。再将样品传入到另一个在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，将该等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统本底真空度抽到8. OX KT4Pa以下，再通入高纯氢气吐和氢稀释了的浓度为0. 5%的高纯磷烷PH3,其硅烷SiH4、氢气H2、磷烷PH3这三种工作气体的流量比为5 100 7(SCCM)，采用此工艺条件并在椭园偏振光实时监控下可制备出N层纳米硅薄膜。步骤四在上述沉积纳米硅薄膜即步骤三的过程中，开启氦氖激光器，波长635nm 激光经起偏器和四分之一波片，再经工作腔室左侧窗口，进入工作腔室以70°度斜入射于样品表面，其反射光束经工作腔室右侧窗口进入右预真空腔室，再经检偏器入射于光电倍增管或半导体光电池而被探测其光强变化。对于设定的薄膜来说，有给定的椭偏参数Δ、 Ψ即对应于一定的起偏器角度和检偏器角度时其光强为零，在薄膜生长过程中，其光强变化有相应的变化，在光强为零时，便生长所设定的薄膜，这时关机停止薄膜生长。步骤五采用磁控溅射方法制备ITO透明导电膜电极。将磁控溅射系统本底真空抽止8.0X10_4Pa以下，样品温度为230°C，通入高纯氩气Ar和高纯氧气02，这两种工作气体的流量比为100 1. 5 (SCCM)，工作气压0. 8Pa ；溅射电流0. 5，溅射电压400V，从而在纳米硅薄膜光伏电池表面上镀了一层透明导电膜，起钝化和透明导电膜电极作用。再采用热蒸发方法制备纳米硅薄膜太阳能电池的上电极即栅极(含收集极和汇流极等)。将蒸发镀膜系统本底真空抽至8. 0 X 以下，样品温度为230°C，进行电阻蒸发，蒸发电压20V，蒸发电流40A，蒸发时间anin。实施例二见图1，本发明一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，包括以下步骤步骤一采用常规的硅片清洗工艺即改进的RCA清洗工艺对N型硅片进行清洗后， 放在聚四氟乙烯容器中用HF 去离子水=1 50的稀溶液腐蚀10秒钟然后在30秒钟内用大量的去离子水冲洗HF酸，从而去除单晶硅片上的二氧化硅层。采用碱溶液化学腐蚀的方法即以NaOH作为反应物并以异丙醇作为添加剂调节腐蚀速度各向异性因子，其NaOH与异丙醇的混合溶液对单晶硅进行各向异性腐蚀，NaOH浓度3%，异丙醇的用量5%，反应温度95°C，腐蚀时间为50min。在这一条件下，制备出类金字塔的织构表面。步骤二 将磁控溅射系统本底真空抽至8. OX 10_4Pa以下，样品温度为260°C，溅射电流0. 9A，溅射电压350V，工作气体Ar2,工作气压0. 6Pa,溅射高纯铝Al靶等金属靶，从而在样品表面上形成高纯铝Al膜等金属导电膜；再进行真空退火处理即系统本底真空抽至 8.0X10-4Pa以下，退火温度为560°C，退火时间为25min，这时沉积的铝膜明显致密，膜与衬底的结合变好，有利于降低薄膜的电阻。步骤三将等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统本底真空度抽到8. 0 X KT4Pa 以下，再通入氢稀释了的浓度为5%的高纯硅烷SiH4,温度为210°C，工作气压为2. OTorr, 射频功率为50W，采用此工艺条件并在椭园偏振光实时监控下可制备出I层纳米硅薄膜。再将样品传入到另一个在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，将该等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统本底真空度抽到8. OX KT4Pa以下，通入高纯氢气吐和氢稀释了的浓度为5%的高纯硼烷IH5，其硅烷SiH4、氢气H2、硼烷IH5这三种工作气体的流量比为 5 100 0. 4(3010，并且直流偏压为200￥，温度为2101，工作气压为2.01101^，射频功率为50W，采用此工艺条件可制备出P层纳米硅薄膜。步骤四在上述沉积纳米硅薄膜即步骤三过程中，开启氦氖激光器，波长635nm激光经起偏器和四分之一波片，再经工作腔室左侧窗口，进入工作腔室以70°度斜入射于样品表面，其反射光束经工作腔室右侧窗口进入右预真空腔室，再经检偏器入射于光电倍增管或半导体光电池而被探测其光强变化。对于设定的薄膜来说，有给定的椭偏参数△、Ψ 即对应于一定的起偏器角度和检偏器角度时其光强为零，在薄膜生长过程中，其光强变化有相应的变化，在光强为零时，便生长所设定的薄膜，这时关机停止薄膜生长。步骤五采用磁控溅射方法制备ITO透明导电膜电极。将磁控溅射系统本底真空抽至8.0X10_4Pa以下，样品温度为220°C，通入高纯氩气Ar和高纯氧气02，这两种工作气体的流量比为100 1. 5 (SCCM)，工作气压1. OPa ；溅射电流0. 8，溅射电压400V，从而在纳米硅薄膜光伏电池表面上镀了一层透明导电膜，起钝化和透明导电膜电极作用。再采用热蒸发方法制备纳米硅薄膜太阳能电池的上电极即栅极(含收集极和汇流极等)。将蒸发镀膜系统本底真空抽至8. 0 X IO-4Pa以下，样品温度为230°C，进行电阻蒸发，蒸发电压15V，蒸发电流70A，蒸发时间aiiin。实施例三见图1，本发明一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，包括以下步骤步骤一采用常规的硅片清洗工艺即改进的RCA清洗工艺对P型硅片进行清洗后， 放在聚四氟乙烯容器中用HF 去离子水=1 50的稀溶液腐蚀10秒钟然后在30秒钟内用大量的去离子水冲洗HF酸，从而去除单晶硅片上的二氧化硅层。采用碱溶液化学腐蚀的方法即以NaOH作为反应物并以异丙醇作为添加剂调节腐蚀速度各向异性因子，其NaOH与异丙醇的混合溶液对单晶硅进行各向异性腐蚀，NaOH浓度3%，异丙醇的用量5%，反应温度85°C，腐蚀时间为60min。在这一条件下，制备出类金字塔的织构表面。步骤二 将磁控溅射系统本底真空抽至9. OX 10_4Pa以下，样品温度为200°C，溅射电流1. 1A，溅射电压350V，工作气体Ar2，工作气压1. 2Pa，溅射高纯铝Al靶等金属靶，从而在样品表面上形成高纯铝Al膜等金属导电膜；再进行真空退火处理即系统本底真空抽至 8.0\10_卞3以下，退火温度为5701，退火时间为15min，这时沉积的铝膜明显致密，膜与衬底的结合变好，有利于降低薄膜的电阻。步骤三将等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统本底真空度抽到8. 0 X KT4Pa 以下，再通入氢稀释了的浓度为5%的高纯硅烷SiH4,温度为200°C，工作气压为2. OTorr, 射频功率为40W，采用此工艺条件并在椭园偏振光实时监控下可制备出I层纳米硅薄膜。再将样品传入到另一个在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，将该等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统本底真空度抽到9. OX KT4Pa以下，再通入高纯氢气吐和氢稀释了的浓度为0. 5%的高纯磷烷PH3,其硅烷SiH4、氢气H2、磷烷PH3这三种工作气体的流量比为5 100 8(3010，温度为2001，工作气压为2.01101^，射频功率为401，采用此工艺条件并在椭园偏振光实时监控下可制备出N层纳米硅薄膜。步骤四在上述沉积纳米硅薄膜即步骤三的过程中，开启氦氖激光器，波长635nm 激光经起偏器和四分之一波片，再经工作腔室左侧窗口，进入工作腔室以70°度斜入射于样品表面，其反射光束经工作腔室右侧窗口进入右预真空腔室，再经检偏器入射于光电倍增管或半导体光电池而被探测其光强变化。对于设定的薄膜来说，有给定的椭偏参数Δ、 Ψ即对应于一定的起偏器角度和检偏器角度时其光强为零，在薄膜生长过程中，其光强变化有相应的变化，在光强为零时，便生长所设定的薄膜，这时关机停止薄膜生长。步骤五采用磁控溅射方法制备ITO透明导电膜电极。将磁控溅射系统本底真空抽至9.0X10_4Pa以下，样品温度为230°C，通入高纯氩气Ar和高纯氧气02，这两种工作气体的流量比为100 1. 5 (SCCM)，工作气压0. 8Pa ；溅射电流0. 7，溅射电压380V，从而在纳米硅薄膜光伏电池表面上镀了一层透明导电膜，起钝化和透明导电膜电极作用。再采用丝网印刷技术制备纳米硅薄膜太阳能电池的上电极即栅极(含收集极和汇流极等)。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡依本发明申请专利范围所做的均等设计变，均应为本发明的技术方案所涵盖。如衬底为玻璃和不锈钢片等，都应为本发明的技术方案所涵盖。 综上所述，本发明提供了一种纳米硅薄膜光伏电池椭园偏振光实时监控制备方法，通过椭园偏振光实时监控技术，可提高纳米硅薄膜光伏电池工艺的重复性，并提高纳米硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。本发明薄膜光伏电池制备方法的成本低，重复性好，可推广应用。因此，依法提出专利申请。
权利要求
1.一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一采用湿化学法对单晶硅片进行各向异性腐蚀，获得金字塔状的绒面硅片衬底；步骤二 采用热蒸发方法或磁控溅射方法制备纳米硅薄膜太阳能电池的背电极；步骤三采用PECVD法即等离子体增强化学气相沉积法，通入硅烷SH4制备I层纳米硅薄膜，通入硅烷SiH4和磷烷PH3混合气体制备N层纳米硅薄膜，通入硅烷SiH4和硼烷IH5混合气体制备P层纳米硅薄膜；步骤四在步骤三沉积纳米硅薄膜过程中，采用椭园偏振光实时监控薄膜生长的过程；步骤五采用热蒸发方法或磁控溅射方法或丝网印刷技术制备纳米硅薄膜太阳能电池的透明导电膜电极和上电极即删极。
2.根据权利要求1所述的一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，其特征在于步骤一的具体作法是硅片清洗后放在聚四氟乙烯容器中用HF 去离子水=1 50的稀溶液腐蚀9-11秒钟的时间，然后在四-31秒的时间内用大量的去离子水冲洗HF酸，从而去除单晶硅片上的二氧化硅层；采用碱溶液化学腐蚀的方法即以NaOH作为反应物并以异丙醇作为添加剂调节腐蚀速度各向异性因子，其NaOH与异丙醇的混合溶液对单晶硅进行各向异性腐蚀，NaOH浓度3 %，异丙醇的用量5 %，反应温度90°C，腐蚀时间为50min ；在这一条件下，制备出类金字塔的织构表面即绒面硅片衬底。
3.根据权利要求1所述的一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，其特征在于步骤二的具体作法是采用热蒸发方法制备背电极时，系统本底真空抽至8. OX 10_4Pa以下，样品温度为200°C 400°C，电阻蒸发或电子束蒸发高纯铝Al金属导电膜皆能用；采用磁控溅射方法制备背电极时，系统本底真空抽至8. OX 10-4 以下，样品温度为200°C 400°C，溅射电流0. 4-0. 8A，溅射电压350-450V，工作气体Ar2，工作气压0. 5-3Pa，溅射高纯铝Al靶作金属靶，从而在样品表面上形成高纯铝Al膜为金属导电膜；再进行真空退火处理即系统本底真空抽至8. 0 X 10_4Pa以下，退火温度为450°C 560°C，退火时间为5min 20min，这时沉积的铝膜明显致密，膜与衬底的结合变好，有利于降低薄膜的电阻。
4.根据权利要求1所述的一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，其特征在于步骤三的具体作法是先将系统本底真空度抽到8. OXlO—Va以下，再通入氢稀释了的浓度为5%的高纯硅烷SiH4,温度为200-380°C，工作气压为1. 0-3. OTorr，射频功率为40-60W，采用此工艺条件制备出I层纳米硅薄膜，其晶态含量在50士5%之间，晶态峰在509-518(^1之间，室温电导率达到IO1 Ω -1Cm^1-IO2 Ω ^m 1 ；在上述工艺的基础上，再通入高纯氢气H2和氢稀释了的浓度为0. 5%的高纯磷烷PH3,其硅烷SiH4、氢气H2、磷烷PH3这三种工作气体的流量比为5 100 5-15(SCCM)，采用此工艺条件制备出N层纳米硅薄膜，其电导率达IO1 Ω -1Cm LlO2 Ω ^m 1 ；在上述工艺的基础上，将磷烷PH3换成硼烷即通入高纯氢气吐和氢稀释了的浓度为5%的高纯硼烷IH5，其硅烷SiH4、氢气H2、硼烷IH5这三种工作气体的流量比为5 100 0.3-0. 8 (SCCM)，并且直流偏压为100-300V，采用此工艺条件制备出P层纳米硅薄膜，其电导率达IO1Q-1Cm1-IO2Q-1CmA
5.根据权利要求1所述的一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，其特征在于步骤四的具体作法是采用消光型椭园偏振光测膜厚仪原理，在工作腔室两侧的真空隔离腔室里分别安装起偏器、四分之一波片和检偏器、激光器；波长635nm激光经起偏器和四分之一波片，再经工作腔室左侧窗口，进入工作腔室以60° -80°度斜入射于样品表面，其反射光束经工作腔室右侧窗口进入右预真空腔室，再经检偏器入射于光电倍增管或半导体光电池而被探测其光强变化对于设定的薄膜来说，有给定的椭偏参数△、Ψ即对应于一定的起偏器角度和检偏器角度时其光强为零，在薄膜生长过程中，其光强变化有相应的变化，在光强为零时，便生长所设定的薄膜，这时关机停止薄膜生长，从而达到实时监控薄膜生长的目的。
6.根据权利要求1所述的一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，其特征在于步骤五的具体作法是采用热蒸发方法制备电极时，系统本底真空S-OXlO-4Pa以下，样品温度为200°C 500°C，电阻蒸发或电子束蒸发勻都行；采用磁控溅射方法制备电极时，系统本底真空8. OX 10_4Pa以下，样品温度为200°C 500°C，溅射电流·0. 4-0. 8A，溅射电压350-450V，工作气体Ar2，工作气压0. 5_3Pa ；丝网印刷技术采用通用的丝网印刷技术；采用磁控溅射方法制备ITO透明导电膜电极时，系统本底真空8. OX 10_4Pa以下，样品温度为200°C 500°C，通入高纯氩气Ar和高纯氧气O2，这两种工作气体的流量比为100 1. 5-2. 5 (SCCM)，工作气压0. 5_3Pa ；溅射电流0. 4-0. 6A，溅射电压!350-420V ；镀膜材料采用透明导电膜材料铟锡氧化物即ITO或掺铝氧化锌即ΑΖ0，而上电极材料采用金属膜如铝膜或各金属膜复合膜如钛鈀银。
全文摘要
一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，它有五大步骤一、采用湿化学法对单晶硅片进行各向异性腐蚀，获得金字塔状的绒面硅片衬底；二、采用热蒸发方法或磁控溅射方法制备纳米硅薄膜太阳能电池的背电极；三采用等离子体增强化学气相沉积法，通入硅烷SiH4制备I层纳米硅薄膜，通入硅烷SiH4和磷烷PH3混合气体制备N层纳米硅薄膜，通入硅烷SiH4和硼烷B2H5混合气体制备P层纳米硅薄膜；四、在步骤三沉积纳米硅薄膜过程中，采用椭园偏振光实时监控薄膜的生长；五、采用热蒸发方法或磁控溅射方法或丝网印刷技术制备纳米硅薄膜太阳能电池的透明导电膜电极和上电极。它在光电应用和新能源技术领域里具有良好的应用前景。
文档编号C23C14/54GK102569517SQ20121000627
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者刘嘉, 吴然嵩, 孙月峰, 张冷, 张维佳, 马强 申请人:北京航空航天大学