一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103060768A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103060768103060768A(43)申请公布日2013.04.24(21)申请号201310016881.1(22)申请日2013.01.17(71)申请人云南师范大学地址650092云南省昆明市一二·一大街298号云南师范大学太阳能所(72)发明人杨雯段良飞张力元杨培志自兴发冷天玖(74)专利代理机构昆明慧翔专利事务所53112代理人程韵波邓丽春(51)Int.Cl.C23C14/58(2006.01)C23C14/35(2006.01)C23C14/16(2006.01)H01L21/02(2006.01)H01L31/18(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法(57)摘要本发明涉及一种多晶硅薄膜低温快速晶化方法。以单晶硅Si（100晶相）为衬底，利用磁控溅射镀膜仪在单晶硅衬底上溅射一层非晶硅（α-Si）薄膜和Al膜，利用光热退火炉在N2气氛下150℃~200℃退火，得到多晶硅薄膜。利用Al诱导非晶硅薄膜晶化，可以在较低温度（150℃~200℃）下晶化，得到晶粒尺寸在20~100nm的多晶硅薄膜，降低了成本，退火时间短，降低了晶化过程中的能耗，晶化率达到40%~70%，能很好的与非晶硅微晶硅叠层太阳电池器件的要求相匹配。CN103060768ACN103678ACN103060768A权利要求书1/1页1.一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法，其包括：室温下在单晶硅衬底上溅射一层非晶硅（α-Si）薄膜；再在非晶硅（α-Si）薄膜上溅射一层铝（Al）膜；利用光热退火炉在N2气氛下退火，其特征在于：按以下步骤实施：A、利用磁控溅射技术在单晶硅Si(100)衬底上室温溅射一层非晶硅（α-Si）薄膜，B、再在非晶硅（α-Si）薄膜上溅射一层铝（Al）薄膜，C、利用光热退火炉在N2气氛下150℃~200℃退火5min~15min，得到多晶硅薄膜成品。2.根据权利要求1所述的一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法，其特征在于：其中的一种实施方法是：依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100晶相）衬底进行超声清洗8min，室温下，采用JCP-450三靶磁控溅射镀膜仪，以纯度为99.999%、电导率0.02Ωcm的多晶P型硅靶为靶材，溅射气体为纯度99.99%的Ar气，溅射腔室真空抽至为6.0×10-5pa，打开通气阀通入Ar气，Ar气流量为20sccm，溅射压强为2.0pa，在衬底上先溅射一层非晶硅（α-Si）薄膜，溅射功率为120W，电流为0.6A，电压为200V，溅射时间为3h，再以纯度为99.999%的金属铝为靶材，再在非晶硅（α-Si）薄膜表面溅射一层铝膜，溅射功率为40W，电流为0.6A，电压为100V，溅射时间为50s，溅射压强为1.5pa，将制备的α-Si/Al膜样品放入光热退火炉中，在N2气氛下以150℃的温度进行快速退火15min，得到晶化率达到49℅～70℅，晶粒尺寸达到23nm~100nm，带隙宽度为1.31ev~1.42ev的多晶硅薄膜成品。3.根据权利要求1所述的一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法，其特征在于：其中的另一种实施方法是：依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si衬底进行超声清洗7min，室温下，采用JCP-450三靶磁控溅射镀膜仪，金属铝为靶材，溅射气体使用纯度为99.99%的Ar气，溅射腔室真空抽至为6.0×10-5pa，Ar气流量为20sccm，在衬底上先溅射一层铝膜，溅射功率为50W，溅射时间为30s，将带铝膜的衬底加热到200℃，再以120W,电流为0.5A，电压为200V的溅射功率，采用多晶P型硅靶,纯度99.999%、电导率0.02Ωcm为靶材，在铝膜上溅射非晶硅薄膜，溅射时间为3h，得到晶化率40%~60%，晶粒尺寸20nm~80nm，带隙宽度为1.37ev~1.50ev的多晶硅薄膜成品。2CN103060768A说明书1/3页一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法技术领域[0001]本发明涉及一种非晶硅薄膜的低温快速晶化方法，是将非晶硅(α-Si)薄膜通过金属铝(Al)诱导低温快速晶化为多晶硅，属于薄膜太阳电池领域。背景技术[0002]太阳能作为解决人类所面临的能源与环境问题的最佳选择，具有取之不竭、使用方便、无污染等优点，目前已获得广泛应用。太阳能光伏发电是太阳能利用的重要途径，太阳电池又是光伏发电的核心，因而一直是人们研究的重点。薄膜太阳电池具有轻质、高比功率、耗材少等优点，可与常用的晶硅电池形成互补。在薄膜太阳电池制备中，其核心材料为光吸收材料即光电转换材