一種p型摻雜非晶硅薄膜的制備方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種P型摻雜非晶硅薄膜的制備方法及裝置，包括一個真空腔室，真空腔室內(nèi)設(shè)有襯底板，襯底加熱器，襯底擋板，真空腔室的底部接有真空泵，真空腔室的上方設(shè)有與直流電源電連接的金屬鉭絲和反應(yīng)氣體的進氣通道，真空腔室的側(cè)壁裝有熱反應(yīng)蒸發(fā)器，熱反應(yīng)蒸發(fā)器的出口接有陶瓷坩堝，陶瓷坩堝表面法線與襯底板平面之間的夾角為75~85℃，陶瓷坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，鉭絲距襯底板的距離為10~15cm，陶瓷坩堝的外表面纏繞鉭絲，陶瓷坩堝內(nèi)部設(shè)置兩層開有圓孔的蒸發(fā)掩膜板；本發(fā)明不存在離子轟擊效應(yīng)，不會造成非晶硅薄膜的膜面損傷及內(nèi)部缺陷，通過調(diào)節(jié)熱反應(yīng)蒸發(fā)的鉭絲溫度來控制鋁摻雜量的大小，有效控制摻雜濃度。
【專利說明】—種P型摻雜非晶硅薄膜的制備方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種制備P型摻雜非晶硅薄膜的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在硅基薄膜太陽能電池器件中，采用P-1-N型的結(jié)構(gòu)模式，其中P型摻雜的非晶硅窗口層材料的質(zhì)量對整個硅基薄膜太陽電池的性能具有重要影響，在硅基薄膜太陽電池中，為減小串聯(lián)電阻和減少入射光的損失，要求P層窗口材料具有高的電導率和寬的光學帶隙等，改善P層薄膜材料的光學和電學特性是提高薄膜太陽電池性能的有效途徑。通常制備P型非晶硅薄膜的方法是采用等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)(PECVD)或熱絲化學氣相沉積技術(shù)(HWCVD)，以硼烷或三甲基硼烷為摻雜源，在氣相反應(yīng)中進行引入硼原子實現(xiàn)P型摻雜的目的。但這一技術(shù)中，相比于引入磷烷進行摻雜的N型摻雜效率來說，P型摻雜效率不高，其摻雜薄膜的電導率比相同N型摻雜引入量的電導率要小一個量級，從而影響了 P層薄膜的電學特性，尤其是電導率，從而對整個薄膜電池效率的提升設(shè)置了一道障礙。所以，為最大限度地提升非晶硅薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，我們需要一個更加有效的制備P型非晶硅薄膜的方法，在獲得內(nèi)部缺陷少的P型薄膜的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電導率比傳統(tǒng)CVD方法制備的薄膜電導率高的目的，進而以其作為非晶硅薄膜的窗口層材料，提升電池的光電轉(zhuǎn)換水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中通過硼摻雜制備P型非晶硅薄膜的摻雜效率低下的問題，本發(fā)明提出一種摻雜效率高、薄膜缺陷低的P型非晶硅薄膜的制備方法及裝置，用以硅基薄膜太陽能電池的窗口層材料，實現(xiàn)電池效率的顯著提升。
`[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，一種P型摻雜非晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，在真空腔室中設(shè)置金屬鉭絲作為進行化學氣相沉積的熱催化器，對制備非晶硅薄膜的反應(yīng)氣體進行分解，并將分解物之間反應(yīng)形成的硅基薄膜沉積在AZO導電玻璃上,其中鉭絲與襯底板之間的距離為l(Tl5cm ;鉭絲的直徑為0.5^0.8mm，通過電加熱，使鉭絲溫度為170(Tl75(rC ;在真空腔室中設(shè)置一個熱反應(yīng)蒸發(fā)器，以鋁作為蒸發(fā)源，以鉭絲纏繞的陶瓷坩堝作為加熱體，放置鋁的陶瓷坩堝表面法線與襯底板平面之間的夾角為75^850C，坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，在進行鉭絲分解混合氣體進行化學氣相沉積的同時，控制陶瓷坩堝外壁所纏繞的鉭絲溫度為1200-1300?，進行熱反應(yīng)蒸發(fā)鋁材料，進行非晶硅薄膜的鋁摻雜，從而形成P型摻雜的非晶硅薄膜；
所述制備方法包括以下操作步驟:
將AZO導電玻璃放入真空腔室的襯底板上，向真空腔室同時通入混合反應(yīng)氣體氫氣和硅烷，氫氣、硅烷的流量比為(fl.5): I，通過襯底加熱器控制襯底板的溫度為200°C，對熱催化器鉭絲通過電加熱至170(Tl75(TC，通過控制反應(yīng)氣體的流量使真空腔室體內(nèi)反應(yīng)氣體的氣壓為5~10Pa，然后開啟熱反應(yīng)蒸發(fā)系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)纏繞在陶瓷坩堝上鉭絲的通電電流，使該鉭絲溫度為120(Tl30(rC，最后打開磁控濺射靶材制備P型摻雜的非晶硅薄膜。
[0005]一種制備P型摻雜非晶硅薄膜的裝置，包括一個真空腔室，真空腔室內(nèi)設(shè)有襯底板，襯底加熱器，襯底擋板，真空腔室的底部接有真空泵，其特征在于，真空腔室的上方設(shè)有與直流電源電連接的金屬鉭絲和反應(yīng)氣體的進氣通道，真空腔室的側(cè)壁裝有熱反應(yīng)蒸發(fā)器，熱反應(yīng)蒸發(fā)器的出口接有陶瓷坩堝，陶瓷坩堝表面法線與襯底板平面之間的夾角為75~85°C，陶瓷坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，鉭絲距襯底板的距離為l(Tl5Cm，陶瓷坩堝的外表面纏繞鉭絲，陶瓷坩堝內(nèi)部設(shè)置兩層開有圓孔的蒸發(fā)掩膜板。
[0006]進一步的，近坩堝口的蒸發(fā)掩膜板上開的圓孔數(shù)大于近坩堝底的蒸發(fā)掩膜板上開的圓孔數(shù)。
[0007]有益效果:本發(fā)明所采用鉭絲催化的化學氣相沉積技術(shù)與熱反應(yīng)蒸鍍鋁的技術(shù)中，均不存在離子轟擊效應(yīng)，不會造成非晶硅薄膜的膜面損傷及內(nèi)部缺陷，且可以方便地調(diào)節(jié)熱反應(yīng)蒸發(fā)的鉭絲溫度來控制鋁摻雜量的大小，有效控制摻雜濃度，以獲得非晶硅薄膜太陽能電池用P型硅薄膜層?，F(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的P型非晶硅薄膜，電導率為f2X10_2 S/cm，能帶寬度為1.7^1.75eV，采用本發(fā)明的方法和裝置生產(chǎn)的P型非晶硅薄膜，電導率為5X 10_2S/cm ~6X1(T2 S/cm S/cm，能帶寬度為 1.78~1.84eV。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為陶瓷坩堝內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為陶瓷坩堝外部電路 連接圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖1所示，一種制備P型摻雜非晶硅薄膜的裝置，包括一個真空腔室1，真空腔室I內(nèi)設(shè)有襯底板5，襯底加熱器9，襯底擋板10，真空腔室I的底部接有真空泵11，真空腔室I的上方設(shè)有與直流電源4電連接的金屬鉭絲2和反應(yīng)氣體的進氣通道8，真空腔室I的側(cè)壁裝有熱反應(yīng)蒸發(fā)器7，熱反應(yīng)蒸發(fā)器7的出口接有陶瓷坩堝6，陶瓷坩堝6表面法線與襯底板5平面之間的夾角為75~85°C，陶瓷坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，鉭絲距襯底板的距離為l(Tl5cm，結(jié)合圖3所示，陶瓷坩堝6的外表面纏繞鉭絲12，鉭絲12外接電源，結(jié)合圖2所示，陶瓷坩堝6內(nèi)部設(shè)置兩層開有圓孔的蒸發(fā)掩膜板14、15，近坩堝口 16的蒸發(fā)掩膜板15上開的孔數(shù)要多于近坩堝底13的蒸發(fā)掩膜板14上開的孔數(shù)，使放置于坩堝底13與掩膜板14之間的蒸發(fā)源鋁材料可以均勻的向坩堝口 16外蒸鍍鋁原子，沉積在導電玻3?上ο
[0010]實施例1
(1)采用圖1所示裝置，使鉭絲2與襯底板5之間的距離為10cm，陶瓷坩堝6的表面法線與襯底板5平面之間的夾角為80°C，熱反應(yīng)蒸發(fā)器7所用的鋁源為純度為99.9999%招;
(2)將AZO導電玻璃放入真空腔室I內(nèi)的襯底板5上，使用真空泵11抽真空，使真空腔室的真空度為I X 10_4Pa，并通過襯底加熱器9控制襯底板5的溫度為200°C ；(3)向真空腔室同時通入混合反應(yīng)氣體氫氣和硅烷,氫氣和硅烷的流量比為1:1,對鉭絲2施加電壓加熱，使鉭絲2溫度達到1750°C，通過氣體的流量控制使真空腔室體內(nèi)反應(yīng)氣體的氣壓為8Pa，然后開啟熱反應(yīng)蒸發(fā)器7，并調(diào)節(jié)纏繞在陶瓷坩堝6上的鉭絲12通電電流大小，使得鉭絲12溫度為1250°C。
[0011](4)在上述沉積條件穩(wěn)定后，打開磁控濺射靶材和襯底擋板10，制備P型摻雜的非晶硅薄膜，沉積時間為50分鐘，所得的P型非晶硅薄膜的厚度約為600nm。
[0012]本實施例制備得到的P型非晶硅薄膜的電導率為5.3X10_2 S/cm，能帶寬度為
1.81eV，可見本發(fā)明可以有效地對P型非晶硅薄膜的摻雜效率加以提升，更好地應(yīng)用于硅基薄膜太陽能電池。 [0013]本實施例制備的P型非晶硅薄膜用于P-1-N型單結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池中，而I型和N型非晶硅薄膜保持為常規(guī)不變，以此形成的太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率為8.93%，各種參數(shù)如下:Voc=0.94V, Jsc= 13.52mA/cm2, FF=0.703。
[0014]實施例2
(1)采用圖1所示裝置，使鉭絲2與襯底板5之間的距離為12cm，陶瓷坩堝6的表面法線與襯底板平面之間的夾角為75°C，熱反應(yīng)蒸發(fā)器7所用的鋁源純度為99.9999%鋁；
(2)將AZO導電玻璃放入真空腔室I的襯底板5上，使用真空泵11抽真空，使真空腔室的真空度為I X 10_4 Pa，并通過襯底加熱器9控制襯底板5的溫度為200°C ；
(3)向真空腔室同時通入混合反應(yīng)氣體氫氣和硅烷,氫氣、硅烷的流量比為1.2:1,對鉭絲2施加電壓加熱，使鉭絲2溫度達到1700°C，通過氣體的流量控制使真空腔室體內(nèi)反應(yīng)氣體的氣壓為10Pa，然后開啟熱反應(yīng)蒸發(fā)器7，并調(diào)節(jié)纏繞在陶瓷坩堝6上的鉭絲12通電電流大小，使得鉭絲12溫度為1200°C。
[0015](4)在上述沉積條件穩(wěn)定后，打開磁控濺射靶材和襯底擋板10，制備P型摻雜的非晶硅薄膜，沉積時間為50分鐘，所得的P型非晶硅薄膜的厚度約為600nm。
[0016]本實施例制備的P型非晶硅薄膜的電導率為6X1(T2 S/cm，測試方法為霍爾效應(yīng)測試，能帶寬度為1.79eV,測試方法為測試透射吸收譜，通過Tauc擬合法得到。
[0017]本實施例制備的P型非晶硅薄膜用于P-1-N型單結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池中，而I型和N型非晶硅薄膜保持為常規(guī)不變，以此形成的太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率為8.78%，各種參數(shù)如下:Voc=0.924V, Jsc=13.73mA/cm2, FF=0.692。
[0018]實施例3
(1)采用圖1所示裝置，使鉭絲2與襯底板5之間的距離為15cm，陶瓷坩堝6的表面法線與襯底板平面之間的夾角為85°C，熱反應(yīng)蒸發(fā)器7所用的鋁源純度為99.9999%鋁；
(2)將AZO導電玻璃放入真空腔室I內(nèi)的襯底板5上，使用真空泵11抽真空，使真空腔室的真空度為I X 10_4 Pa，并通過襯底加熱器9控制襯底板5的溫度為200°C ；
(3)向真空腔室同時通入混合反應(yīng)氣體氫氣和硅烷,氫氣、硅烷的流量比為1.5:1,對鉭絲2施加電壓加熱，使鉭絲2溫度達到1750°C，通過氣體的流量控制使真空腔室體內(nèi)反應(yīng)氣體的氣壓為5Pa，然后開啟熱反應(yīng)蒸發(fā)器7，并調(diào)節(jié)纏繞在陶瓷坩堝6上的鉭絲12通電電流大小，使得鉭絲12溫度為1300°C。
[0019](4)在上述沉積條件穩(wěn)定后，打開磁控濺射靶材和襯底擋板10，制備P型摻雜的非晶硅薄膜，沉積時間為50分鐘，所得的P型非晶硅薄膜的厚度約為600nm。[0020]本實施例制備的P型非晶硅薄膜的電導率為6.5X10_2 S/cm，測試方法為霍爾效應(yīng)測試，能帶寬度為1.83eV，測試方法為測試透射吸收譜，通過Tauc擬合法得到。
[0021]本實施例制備的P型非晶硅薄膜用于P-1-N型單結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池中，而I型和N型非晶硅薄膜保持為常規(guī)不變，以此形成的太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率為8.59%，各種參數(shù)如下:Voc=0.950V, Jsc=13.12mA/cm2, FF=0.689。
[0022]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同 替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種P型摻雜非晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，在真空腔室中設(shè)置金屬鉭絲作為進行化學氣相沉積的熱催化器，對制備非晶硅薄膜的反應(yīng)氣體進行分解，并將分解物之間反應(yīng)形成的硅基薄膜沉積在AZO導電玻璃上，其中鉭絲與襯底板之間的距離為l(Tl5Cm ；鉭絲的直徑為0.5^0.8mm，通過電加熱，使鉭絲溫度為170(Tl75(TC ;在真空腔室中設(shè)置一個熱反應(yīng)蒸發(fā)器，以鋁作為蒸發(fā)源，以鉭絲纏繞的陶瓷坩堝作為加熱體，放置鋁的陶瓷坩堝表面法線與襯底板平面之間的夾角為75~85°C，坩堝口距襯底板的豎直距離為5~8cm，在進行鉭絲分解混合氣體進行化學氣相沉積的同時，控制陶瓷坩堝外壁所纏繞的鉭絲溫度為120(T130(TC，進行熱反應(yīng)蒸發(fā)鋁材料，進行非晶硅薄膜的鋁摻雜，從而形成P型摻雜的非晶硅薄膜； 所述制備方法包括以下操作步驟: 將AZO導電玻璃放入真空腔室的襯底板上，向真空腔室同時通入混合反應(yīng)氣體氫氣和硅烷，氫氣、硅烷的流量比為(fl.5): I，通過襯底加熱器控制襯底板的溫度為200°C，對熱催化器鉭絲通過電加熱至170(Tl75(TC，通過控制反應(yīng)氣體的流量使真空腔室體內(nèi)反應(yīng)氣體的氣壓為^lOPa，然后開啟熱反應(yīng)蒸發(fā)系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)纏繞在陶瓷坩堝上鉭絲的通電電流，使該鉭絲溫度為120(Tl30(rC，最后打開磁控濺射靶材制備P型摻雜的非晶硅薄膜。
2.—種權(quán)利要求1所述P型摻雜非晶硅薄膜的制備裝置，包括一個真空腔室(I )，真空腔室(I)內(nèi)設(shè)有襯底板(5)，襯底加熱器(9)，襯底擋板(10)，真空腔室(I)的底部接有真空泵(11)，其特征在于，真空腔室(I)的上方設(shè)有與直流電源(4)電連接的金屬鉭絲(2)和反應(yīng)氣體的進氣通道(8 )，真空腔室(I)的側(cè)壁裝有熱反應(yīng)蒸發(fā)器(7 )，熱反應(yīng)蒸發(fā)器(7 )的出口接有陶瓷坩堝(6)，陶瓷坩堝(6)表面法線與襯底板(5)平面之間的夾角為75~85°C，陶瓷坩堝口距襯底板的豎直距 離為5~8cm，鉭絲距襯底板的距離為l(Tl5Cm，陶瓷坩堝(6)的外表面纏繞鉭絲(12)，陶瓷坩堝(6)內(nèi)部設(shè)置兩層開有圓孔的蒸發(fā)掩膜板(14、15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備P型摻雜非晶硅薄膜的裝置，其特征在于，近坩堝口(16)的蒸發(fā)掩膜板(15)上開的圓孔數(shù)大于近坩堝底(13)的蒸發(fā)掩膜板(14)上開的圓孔數(shù)。
【文檔編號】H01L31/20GK103590015SQ201310548415
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】彭壽, 王蕓, 馬立云, 崔介東 申請人:蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院, 中國建材國際工程集團有限公司