[发明专利]一种高质量非晶硅本征层的无氢气稀释制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶硅薄膜电池技术领域，特别涉及到一种高质量非晶硅本征层的无氢气稀释制备方法。

背景技术

目前世界范围内能源供应紧张，温室效应、酸雨等环境问题日益严重。如何有效地解决能源问题，同时实现绿色环保生产亟待解决。在此契机下，光伏电池作为一种利用自然太阳光发电的可再生能源得到了快速发展。从技术成熟程度和应用程度上看，光伏电池主要分为晶硅电池和以非晶硅为主的薄膜电池。但非晶硅组件，由于使用非常少的半导体材料，如晶片电池每峰瓦需要硅材料15-20g，而薄膜电池每峰瓦仅需要硅材料为晶片电池的1/20、整个非晶硅薄膜电池组件耗费的能量仅相当于晶片电池的1/4左右消耗的能量，还可以避免晶硅电池片的主要原材料在生产加工过程中存在污染环境的问题而得到重视和研究。

非晶硅薄膜主要通过分解硅烷气体的方法制得，通常制得的非晶硅薄膜存在大量的悬挂键缺陷、结构不稳定如SiH2键等，存在严重的光致衰退效应，质量较差。为解决这一难题，当前广泛流行的高质量非晶硅薄膜的制备是采用氢气稀释法，即大量的氢气稀释硅烷的气体进行反应制得，大量的氢原子将补偿悬挂键缺陷，减少了光致衰退效应，最终得到稳定的高质量非晶硅薄膜。但利用氢气稀释法制备高质量非晶硅薄膜的过程中，存在以下问题：反应后残余的大量的氢气尾气的处理耗能——尾气须用惰性气体，通常是N₂，稀释到氢气理论爆炸浓度极限值4%以下，然后进行燃烧处理，这个过程需耗费大量的气体，同时燃烧时排放大量的热量，造成能源的浪费和温室效应的加剧；同时氢气和硅烷的气体流量稀释比为1/1-5/1，制备过程中氢气使用量巨大，气体分解能耗大。我们通过工艺研发，在无氢气参与沉积下，采用射频等离子化学气相沉积制备得到的非晶硅薄膜中不稳定键SiH₂物质含量1%-5%，薄膜性质稳定，生产过程耗能少，无须氢气，利于环保，从而消除了使用氢气带来的一系列问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有氢气稀释硅烷造成能源的浪费和温室效应的缺陷，提供一种高质量非晶硅本征层的无氢气稀释制备方法。

为达到上述目的，本发明的高质量非晶硅本征层的无氢气稀释制备方法是本征层沉积时无氢气参与，只利用硅烷气体分解反应制得非晶硅薄膜。

进一步的：采用射频化学气相沉积设备，在低功率密度、低沉积压强、无氢气气氛下制得。按照以下参数沉积：沉积温度为160-270℃；沉积功率密度为0.003-0.04W/cm²；沉积压力为30-110Pa；硅烷流量为0.5-3slm。沉积温度为180-220℃。沉积功率密度为0.006-0.02W/cm²。沉积压力为30-90Pa。

本发明的有益效果是：在制备过程中不使用氢气，只利用硅烷气体分解反应制得非晶硅薄膜，因此不会产生氢气稀释制备方法中的大量的原材料气体消耗和温室效应。本发明制得的本征层可用作薄膜电池的本征发电层。本征层薄膜中不稳定SiH₂物质含量1%-5%，从而发电层本征层厚度可以降低，减少了本征层缺陷，降低了载流子的复合率，从而提高非晶硅质量。

附图说明

图1是非晶硅薄膜电池的结构示意图；

图2是SiH₄流量为0.3～0.6slm，沉积压强为30Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图3是SiH₄流量为0.8～1.2slm，沉积压强为60Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图4是SiH₄流量为0.8～1.2slm，沉积压强为90Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图5是SiH₄流量为0.8～1.2slm，沉积压强为110Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图6是沉积功率密度为0.003～0.006mW/cm2，沉积压强为60Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图7是沉积功率密度为0.03～0.04mW/cm2，沉积压强为60Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图8是沉积温度为160～180℃，沉积压强为60Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；

图9是沉积温度为250～270℃，沉积压强为60Pa时非晶硅薄膜电池的I-V曲线及功率曲线图；