[发明专利]薄膜形成方法和薄膜太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜形成方法 和薄膜太阳能电池的制造方法。

背景技术

随着能源的日益短缺，可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们 的关注，尤以太阳能的利用特别受到世人的青睐。作为太阳能转换媒介 的光伏器件(太阳能电池)，通过光电效应将太阳光、白炽光或者荧光等 转化成电能。这种转化是当光线照射到光伏器件时，光能被器件的活性 区域所吸收产生电子和空穴对，然后这些电子和空穴被器件的内置电场 隔开，由外围电路收集输出电能。

最近几年，薄膜太阳能电池和大面积光伏模块越发引起世人的广泛 关注，特别是近年来出现的氢化非晶硅(a-Si:H)和微晶硅(μc-Si:H) 薄膜太阳能电池，以其大面积、低成本、可生成在轻薄衬底上并易于铺 设安装等优势在商业和住宅设施中的广泛应用显示出了巨大潜力。根据 已知的氢化非晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池的结构，内部电场是在含有 由非晶硅和/或微晶硅制成的p型、本征(i)型和n型膜层的p-i-n结构 中产生，当适当波长的光线被吸收时，非掺杂型本征i层中就会生成电子 -空穴对。在内置电场的作用下，电子-空穴被分开，电子流向n型导电区， 而空穴流向p型导电区，这种电子-空穴流便产生光电压。

作为薄膜太阳能电池的非掺杂型本征i层的半导体材料要求具有较 强的光吸收能力，能够产生大量的电子空穴对，尽可能多地将入射光能 转化成有用的电能，进而提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。在这方 面，微晶硅具有更高的载流子迁移率，而且能够吸收更多的长波光，光 电转换效率要高于非晶硅，而且在光照下不会出现非晶硅材料薄膜的光 致衰退效应，性能更加稳定。微晶硅与其它太阳能光伏电池中使用的材 料，特别是与多晶硅相比，能够在不超过几微米的厚度下吸收大部分的 太阳能辐射，而且制造工艺简单、成本低，因此微晶硅是制作薄膜太阳 能电池的理想材料。

现有形成微晶硅的方法主要是直接沉积的方法，包括射频或甚高频 等离子增强化学气相淀积(PECVD)，热丝化学气相淀积(HW-CVD)和 电子回旋共振化学气相淀积(ECR-CVD)。PECVD工艺是利用氢气(H₂) 稀释的硅烷(SiH₄)气体为源气体，基板温度在150～260℃之间，利用射 频能量将反应气体激发为等离子体，在基板表面直接沉积形成微晶硅薄 膜，然而该方法在大面积沉积薄膜时为了保证薄膜的均匀性和稳定性通 常要具有比较低的沉积速率，例如低于，这极不利于提高生产效率 和降低制造成本。HW-CVD工艺主要是利用H₂稀释的SiH₄或SiF₄气体 通过金属丝加热至高温分解后沉积在基板上形成微晶硅，然而该方法存 在金属离子污染微晶硅材料的问题，而且金属丝寿命有限，需要经常更 换，不便于连续可靠的大规模工业生产。ECR-CVD工艺是以H₂稀释的 硅烷SiH₄气体为源气体，利用高密度离子流在ECR等离子体区附近的基 板上沉积Si原子形成微晶硅薄膜。但该方法的结晶度较低，且生产设备 复杂，不利于降低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜形成方法，能够以一种更简单可靠 的方式形成微晶硅薄膜。

根据本发明的薄膜形成方法，包括：

提供基底；

在所述基底表面沉积引晶层；

在所述引晶层表面沉积非晶硅层；

在高压氢气气氛中进行热退火处理，将所述非晶硅层转变为微晶硅 层。

优选的，氢气的压力为100～800个大气压。

优选的，所述热退火的温度为250℃～300℃，退火处理的时间为1～10 小时。

可选的，所述引晶层由氢气和硅烷的混合气体利用PECVD工艺沉积 形成，所述引晶层的沉积厚度为20纳米～300纳米。

优选的，所述氢气和硅烷的比例为30∶1至200∶1。

优选的，所述PECVD工艺的工艺条件包括，等离子体激发功率为 200mw/cm²～600mw/cm²，反应室内的压力为0.3Torr～20Torr，温度为100 ℃～300℃。