[发明专利]一种低温高速沉积氢化非晶硅太阳能电池薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，尤其涉及一种低温高速沉积氢化非晶硅太阳能电池薄膜的方法。

背景技术

氢化非晶硅薄膜制备技术已成为备受关注课题，由于其非凡的光电特性使得其在微电子技术领域和太阳能技术领域具有重大的实用意义和广阔的应用前景。在其传统的制备工艺中，存在至少如下两个缺陷：①衬底温度很高，容易导致薄膜的掺杂；②薄膜层生长缓慢，商业化成本很高。为此，人们提出了多种氢化非晶硅薄膜的制备新方法，但仍然未能很好的解决上述技术问题，实现氢化非晶硅薄膜的低温快速生长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低温高速沉积氢化非晶硅太阳能电池薄膜的方法，利用对靶磁控反应溅射沉积技术在低温下快速沉积氢化非晶硅薄膜。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种低温高速沉积氢化非晶硅太阳能电池薄膜的方法，使用对靶磁控反应溅射沉积技术，其包含如下步骤：

A、清洗衬底，并将衬底放置到对靶磁控反应溅射沉积装置的基片台上，此衬底为单晶硅片或石英片或康宁玻璃或塑料衬底；

B、利用对靶磁控反应溅射沉积装置的真空抽气系统对其反应室抽真空，使得反应室气压低于5×10^-4Pa；

C、氩等离子体清洗对靶磁控反应溅射沉积装置的靶材和反应室器壁，其步骤为：首先用挡板遮盖衬底，将氩气以5-15sccm的流量通入反应室，开启溅射电源，开始清洗，持续20-40分钟，然后关闭溅射电源；

D、加热基片台至20-300℃，向反应室通入反应气体，反应气体包括H₂和Ar，流量比H₂∶Ar＝3∶1，气压调节为0.1-5Pa，开启溅射电源，功率保持在45-55W之间，开始非晶硅薄膜的沉积，至得到氢化非晶硅薄膜样品；

E、沉积完成后，首先关闭溅射电源，再将氩气流量调为零，保持氢气流量不变，然后关闭基片台加热器，在氢气保护下降温，基片台温度降到室温后，将氢气流量调为零，并关闭真空抽气系统，然后在反应室中充入干燥氮气至反应室中压强为一个大气压时，打开反应室取样窗口，取出沉积有氢化非晶硅薄膜的衬底，关闭反应室的取样窗口，完成氢化非晶硅薄膜的沉积。

步骤1-A所述的衬底可以为单晶硅片，对此单晶硅片进行化学清洗的步骤如下：先用丙酮和甲醇混合液浸泡3分钟，取出烘干，再用体积比NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝1∶2∶5的混合溶液浸泡5分钟，取出用去离子水冲洗，再放入体积比HF∶H₂O＝1∶10的混合溶液中浸泡1分钟，取出用去离子水冲洗，烘干。

步骤1-A所述的衬底还可以为石英片或者康宁玻璃，对此石英片或者康宁玻璃进行化学清洗的步骤为：先用丙酮在超声波清洗仪中对其清洗8-12分钟，再用蘸有酒精的脱脂棉球将其擦净，最后烘干。

步骤1-A所述的衬底还可以为塑料衬底，对此塑料衬底进行化学清洗的步骤为：用酒精在超声波清洗仪中对其清洗8-12分钟，然后烘干。

所述对靶磁控反应溅射沉积装置的靶材为高阻纯硅靶。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够在150-300℃的低温下快速制备氢化非晶硅薄膜，利用对靶磁控反应溅射沉积技术制备氢化非晶硅薄膜，等离子体被约束在两个相对的溅射靶之间，导致Ar和H₂等反应气体具有高效激发和解离特性，从而实现在高等离子体密度之下的高效靶溅射，不仅所需衬底温度低，而且沉积速度快；同时，由于薄膜衬底位于等离子体区之外，避免了高能粒子对薄膜的轰击，更有利于薄膜的微观有序化沉积。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是实施例1-5在不同衬底温度下所沉积的氢化非晶硅薄膜的原子力形貌图，图中，A、20℃ B、150℃ C、200℃ D、250℃ E、300；

图2是实施例1-5在不同衬底温度下所沉积的氢化非晶硅薄膜的拉曼散射光谱；

图3是实施例1-5在不同衬底温度下所沉积的氢化非晶硅薄膜的(α×Ephoton)^1/2曲线及带隙参数。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明的技术方案。