一种用于半导体技术领域的硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，衬底清洗：采用半导体清洗工艺进行衬底的表面初清洗，再将衬底放在去离子水中用超声波清洗，用去离子水冲洗数次，氮气吹干；制备本征非晶硅层：用热丝化学汽相沉积技术制备本征非晶硅层，钨丝温度用光学高温计测量，加热器与样品的温度分别由两个热电偶测定，用电子温度控制器控制温度，在衬底表面反应生长而成薄膜；在本征非晶硅薄膜上再沉积一层发射层；正、背面电极的形成：用溅射工艺在电池的正、背面形成电极；最后进行真空热退火工艺。本发明专利技术薄膜具有光照稳定性，在ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ↑［２］标准光强下，获得的硅薄膜的光电导增益可达１０↑［６］，基于此薄膜的非晶硅和晶硅异质结太阳电池的效率达１２．５％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种太阳电池的制备方法，特别是一种，用于半导体
技术介绍
过去的几年中，基于非晶硅和晶体硅构成的异质结太阳电池获得突破性的进步，这类电池具有高效、低成本的优势，极有可能成为晶体硅太阳电池的更新换代产品，实现市场的推广，生产体状晶体硅太阳电池时，为形成pn结所需要的一道重要工序高温扩散，将在异质结太阳电池生产中被省略。新型非晶硅和晶体硅构成的异质结太阳电池具有结构简单、工艺过程少等特点，它将晶体硅具有的高载流子迁移率优点与低温化学汽相沉积非晶硅薄膜的工艺优势相结合，从经济、技术和科学的角度看，非晶和晶体硅构成的异质结太阳电池更具先进性。2002年，日本的三羊电器株式会社成功地制备出基于该结构的太阳电池，其效率达到21％(High-efficiency a-Si/c-Si heterojunction solar cell“高效a-Si/c-Si异质结太阳电池”T.Sawada，N.Terada，et al，Proc.of the IEEElst World Conference PVSEC(第一届国际IEEE光伏科学与工程会议论文集)p.1219，Hawaii 1994)，制备非晶硅发射层所采用的技术是等离子增强化学汽相沉积(PECVD)，人们已经发现该技术具有一些工艺本身所不可避免的缺点，第一，等离子对非晶硅薄膜表面的轰击，增加了薄膜体内的载流子复合缺陷密度；第二，等离子的不稳定性；第三，在射频辐照下，硅烷具有高分子聚合性(即形成粉末)；第四，沉积速度慢；第五，硅烷的利用率低。所以，人们期盼有一种更简单的工艺，取代PECVD，并且可克服PECVD的缺点。近几年的文献报道，采用热丝化学汽相沉积(HW-CVD)的方法，可沉积出器件级的非晶硅薄膜。我们采用该方法，沉积出高光电导增益的非晶硅薄膜，并利用此薄膜制备出性能优良的非晶硅薄膜和晶体硅异质结太阳电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述不足和缺陷，提供一种，使其采用热丝化学汽相沉积(HW-CVD)制备高质量的非晶硅薄膜，并采用此薄膜材料为发射层与晶体硅形成a-Si/c-Si异质结太阳电池。热丝化学汽相沉积工艺克服了等离子工艺对非晶硅薄膜表面的轰击的缺点，降低了薄膜内的载流子复合缺陷密度；又因为沉积过程中没有高频放电，硅烷分子发生聚合的几率(形成粉末)大大减小，这样可形成高质量的非晶硅薄膜。在非晶硅薄膜形成的基础上，制备出非晶发射层、晶体硅异质结太阳电池。获得稳定效率12％的该结构的太阳电池。通过控制热丝和衬底的温度、反应气体的比例、非晶发射层薄膜厚度及掺杂工艺，实现对非晶发射层和晶体硅构成的异质结太阳电池的性能的影响。本专利技术是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下(1)衬底清洗选用p-型或n-型，电子率在2～4Ωcm的直拉单晶硅片为衬底，硅片为(100)取向，镜面抛光，厚度为250μm。采用常规的半导体清洗工艺进行衬底的表面初清洗，用3％的氢氟酸除去硅片表面的二氧化硅层，再将衬底放在去离子水中用超声波清洗，用去离子水冲洗数次，氮气吹干。(2)在晶体硅上制备本征非晶硅层采用热丝化学汽相沉积工艺制备本征非晶硅层i-a-Si，起到提高非晶发射层和晶体硅异质结太阳电池的输出性能的作用，提供高温的热丝是采用直径为0.7mm的钨丝。钨丝温度用光学高温计测量。样品与钨丝的距离约在7cm左右。加热器与样品的温度分别由两个热电偶测定，用电子温度控制器控制温度。为防止可能的污染，以及保证薄膜的均匀性，在沉积前后用一挡板将衬底与钨丝隔开。沉积系统的背景真空度为5×10-4Pa。反应气体为硅烷和氢混合气体，反应气体被高温钨丝分解形成大量活性硅氢基元，硅氢基元再扩散到衬底表面，在衬底表面反应生长而成薄膜。通过钨丝温度、衬底温度，沉积气压及各反应气体的比例等工艺参量对a-Si:H结构以及光电特性等的影响来最优化工艺参量，制备优质非晶硅薄膜。沉积条件变化范围如下所述钨丝温度1600～2100℃；衬底温度150～400℃，沉积气压0.1～10Pa。硅烷在总气体中的流量比在100％到10％范围内可调。(3)采用热丝化学汽相沉积工艺，在本征非晶硅薄膜上再沉积一层厚约10～30nm的发射层，该发射层的导电性与衬底的导电性相反，即构成p+a-Si/i-a-Si/n-c-Si及n+-a-Si/i-a-Si/p-c-Si结构的太阳电池原形。具体的工艺条件是样品与钨丝的距离为7cm。沉积系统的背景真空度为5×10-4Pa。反应气体为硅烷、硼烷或磷烷和氢混合气体，硅烷在总气体中的流量比在100％到10％范围内可调，掺杂浓度可通过对硼烷或磷烷与硅烷的流量比进行调节，流量比控制在PH3(或B2H6)/SiH4＝1～5％范围内。反应气体被高温钨丝分解形成活性反应基团，然后扩散到衬底表面附近，在衬底表面反应生长而形成薄膜。沉积条件变化范围如下所述钨丝温度1600～2100℃；衬底温度150～400℃；沉积气压0.1～10Pa。改变沉积时间、B2H6/SiH4或PH3/SiH4气体的比例可有效地控制发射层的厚度及发射层的掺杂浓度，进而改善电池的性能。(4)正背面电极的形成，用射频溅射工艺在电池的正面沉积一层厚约80nm的ITO透明导电薄膜(Sn掺杂In2O3)，该透明导电的ITO薄膜既起到电极的作用，又起到光学减反射的作用。样品加热到200℃，溅射气体为氩气和氧气，氩气和氧气的分压比是10∶1，总压强是0.5Pa，溅射功率密度是40mW/cm2，溅射沉积时间是40分钟。再在ITO薄膜上用掩膜、真空热蒸发沉积银金属栅线。电池的背面也采用真空热蒸发沉积铝金属背电极。(5)真空热退火工艺，为了使银栅线与ITO层、铝背层与c-Si形成良好的欧姆接触，在电极完成以后，还要进行真空热退火工艺，退火温度是250℃，时间是30分钟。钨丝温度是另一个最基本的参数，钨丝的温度控制在1600～2100℃范围内，在此范围内的较高温度下，薄膜出现微晶化，而在较低的衬底温度下，薄膜是非晶的结构，但在此范围中，获得高光电导增益也有一个最佳的工艺条件。第三个影响薄膜性质的热丝CVD工艺条件是衬底温度，选择的衬底温度在150～400℃范围内变化，当衬底温度大于300℃时出现微晶化倾向，暗电导增加，光电导增益减少。较高的衬底温度将增加反应基元在表面的迁移率、减少样品中的H含量。当衬底温度大于300℃，出现微晶化，引起缺陷态密度的增加，使光电导增益减少，光电性能变差。通常选择衬底温度在250℃左右较合适。第四个影响薄膜性质的热丝CVD工艺条件是反应气体的配比，反应气体为硅烷和氢混合气体，采用质量流量计测量和控制各反应气体的流量，硅烷在总气体中的流量比在100％到10％范围内可调，在高硅烷流量下，获得的薄膜是非晶结构为主，并且可获得高光电导增益的优质非晶硅薄膜，而在80％硅烷流量的条件下，获得的硅薄膜已经开始微晶化，暗电导增大，光电性能变差。钨丝温度1950℃，衬底温度210℃，沉积气压1Pa。硅烷在总气体中的流量比在50％，采用热丝CVD方法制备的a-Si:H样品，光照7h后光电导仅下降约10％，而PECVD方法制备的样品，在相同条件下光电导下降近一个量级，表明低压HW-CVD方法是提高a-S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（１）衬底清洗：采用半导体清洗工艺进行衬底的表面初清洗，用３％的氢氟酸除去硅片表面的二氧化硅层，再将衬底放在去离子水中用超声波清洗，用去离子水冲洗数次，氮气吹干； （２）制备本征非晶硅层：采用热丝化学汽相沉积工艺制备本征非晶硅层ｉ－ａ－Ｓｉ，提供高温的热丝是采用直径为０．７ｍｍ的钨丝，钨丝温度用光学高温计测量，加热器与样品的温度分别由两个热电偶测定，用电子温度控制器控制温度，或者在沉积前后用一挡板将衬底与钨丝隔开，反应气体被高温钨丝分解形成大量活性硅氢基元，硅氢基元再扩散到衬底表面，在衬底表面反应生长而成薄膜；（３）采用热丝化学汽相沉积工艺，在本征非晶硅薄膜上再沉积一层厚１０～３０ｎｍ的发射层，该发射层的导电性与衬底的导电性相反 ，即构成ｐ↑［＋］ａ－Ｓｉ／ｉ－ａ－Ｓｉ／ｎ－ｃ－Ｓｉ及ｎ↑［＋］－ａ－Ｓｉ／ｉ－ａ－Ｓｉ／ｐ－ｃ－Ｓｉ结构的太阳电池原形；（４）正背面电极的形成，用溅射工艺在电池的正面沉积一层厚８０ｎｍ的ＩＴＯ透明导电薄膜，再在ＩＴＯ薄膜 上用掩膜、真空热蒸发沉积银金属栅线，电池的背面也采用真空热蒸发沉积铝金属背电极；（５）真空热退火工艺，在电极完成以后，进行真空热退火。...
【技术特征摘要】
1.一种硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(1)衬底清洗采用半导体清洗工艺进行衬底的表面初清洗，用3％的氢氟酸除去硅片表面的二氧化硅层，再将衬底放在去离子水中用超声波清洗，用去离子水冲洗数次，氮气吹干；(2)制备本征非晶硅层采用热丝化学汽相沉积工艺制备本征非晶硅层i-a-Si，提供高温的热丝是采用直径为0.7mm的钨丝，钨丝温度用光学高温计测量，加热器与样品的温度分别由两个热电偶测定，用电子温度控制器控制温度，或者在沉积前后用一挡板将衬底与钨丝隔开，反应气体被高温钨丝分解形成大量活性硅氢基元，硅氢基元再扩散到衬底表面，在衬底表面反应生长而成薄膜；(3)采用热丝化学汽相沉积工艺，在本征非晶硅薄膜上再沉积一层厚10～30nm的发射层，该发射层的导电性与衬底的导电性相反，即构成p+a-Si/i-a-Si/n-c-Si及n+-a-Si/i-a-Si/p-c-Si结构的太阳电池原形；(4)正背面电极的形成，用溅射工艺在电池的正面沉积一层厚80nm的ITO透明导电薄膜，再在ITO薄膜上用掩膜、真空热蒸发沉积银金属栅线，电池的背面也采用真空热蒸发沉积铝金属背电极；(5)真空热退火工艺，在电极完成以后，进行真空热退火。2.根据权利要求1所述的硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征是，步骤(1)中，选用p-型或n-型，电子率在...
【专利技术属性】
技术研发人员：周之斌，崔容强，陈鸣波，赵亮，孟凡英，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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