[发明专利]沉积薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种沉积非晶硅合金薄膜的方法。

背景技术

随着能源的日益短缺，人们对太阳能的开发和利用日趋重视。市场对更大面积、更轻更薄且生产成本更低的新型太阳能电池的需求日益增加。在这些新型太阳能电池中，基于硅材料的合金薄膜太阳能电池(以下简称薄膜太阳能电池)、特别是大面积薄膜太阳能电池的开发已受到世界范围的广泛关注。薄膜太阳能电池用硅量极少，更容易降低成本，在硅原材料持续紧张的情况下，薄膜太阳电池已成为太阳能电池发展的新趋势和新热点。

薄膜太阳能电池是多层器件，如图1所示，典型的薄膜太阳能电池通常包括玻璃基板10、透明导电前电极11、由p层12、i层13和n层14组成的p-i-n叠层结构，以及背电极15和背保护板16。其中p层12、i层13和n层14分别为p型掺杂薄膜硅层、i型(非掺杂或本征的薄膜硅层)和n型掺杂薄膜硅层。p层12和n层14在i层13之间建立一个内部电场，i层13将入射光能转换成电能。这个p-i-n三层组合称为一个光电单元，或一个“结”。单结薄膜太阳能电池含有单一的光电单元，而多结薄膜太阳能电池含有两个或更多个叠加在一起紧密相连的光电单元。

大面积薄膜太阳能电池p-i-n叠层结构的各层是利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，在大型PECVD沉积设备中沉积形成。例如在申请号为200820008274.5的中国专利申请中所描述的，可大批量、在大面积基板表面沉积薄膜的大型PECVD沉积设备。图2为该设备简化结构示意图，如图2所示，在反应室110的薄膜沉积区域120中间隔交替放置大面积激励电极板和接地电极板，其两侧表面均放置大面积太阳能电池基板121，反应室110具有进气口102和出气口106。反应气体由进气口102进入沉积区域120，激励电源108对激励电极板提供射频能量，将反应气体电离为等离子体从而在基板表面沉积薄膜，剩余的气体由出气口106排出。在薄膜沉积的过程中，反应气体由进气口102进入反应室110，沿箭头所指方向自上而下流动，由出气口106排出。该设备不同于大多数厂家使用的带喷淋电极的、且一个电极只对应一个镀膜表面的多室沉积设备，该设备能够对很多片基板(例如玻璃基板)同时进行镀膜，因此生产效率极高。

现有的沉积工艺是利用连续输出的射频功率电离反应气体，由于反应室110的整体体积较大，反应气体在沉积区域120中流动时，进入到沉积区域120上部的反应气体首先被电离，然后剩余的反应气体再流到沉积区域120的下部被电离。当使用混合气体，例如用硅烷和锗烷沉积多结电池的i2(第二结电池的i层)时，由于锗烷的分解速率要高于硅烷，在连续功率激发的情况下锗烷在进入反应室后会先于硅烷分解，随着气体的流动，锗烷逐渐减少，而硅烷的消耗相对稳定，从而使整片基板上明显呈现薄膜从上到下锗含量的递减，厚度和带隙都呈现出从上到下递减的非均匀性，特别是制造硅锗合金大面积光伏电池板时问题更为严重。原则上讲，加大气体流量可以改善上述问题，但由于锗烷气体很昂贵，不利于低成本低污染产业化生产。而且如果流速过快，还会造成沉积薄膜的前期物质上下分布不均匀的问题。

为了避免上述现象，通常连续输出的射频功率不能太高，要尽量降低功率值，以使分解速率较快的气体在上部不被过多地消耗。但是，正是由于反应室110的整体体积较大，电极和玻璃基板的面积很大，因制造公差、使用变形等因素，在安装时电极板之间不可能做到绝对平行，而且玻璃基板的安装也不是绝对平行，因此电极板两侧的区域并不完全对称，即使是同一侧上、下部空间也不尽一致，这种不对称性和不均匀性会导致各个放电区域内功率分布不平衡、不均匀，随着连续射频输出功率的降低这种现象会变得越严重，当连续射频输出功率低到一定值时，甚至会出现电极板的一边起辉而另一边不起辉的现象，严重影响批量基板薄膜沉积的一致性和均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沉积薄膜的方法，通过采用脉冲输出的方式输出射频功率，在时间平均功率密度(单位脉冲周期内的输出功率值的时间加权平均值)值很低的情况下即使电极板两侧的间距不完全对称也能够维持对称、均匀、稳定的起辉，显著提高在特定的大型PECVD设备中批量沉积大面积薄膜太阳能电池的一致性和设备本身的公差耐受度。

本发明的沉积薄膜的方法，包括步骤：

提供反应室，所述反应室中间隔交替放置的电极板表面放置基板；

向所述反应室中通入混合反应气体；

采用脉冲输出射频功率的方式将所述反应气体激发为等离子体，在所述基板表面沉积薄膜。