[发明专利]一种多晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅薄膜技术领域，具体是涉及一种低温条件下的大面积多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜，为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应。

多晶硅薄膜太阳能电池是集晶体硅太阳能电池的转换效率、寿命长、性能稳定以及成本低廉、制备工艺简单、可大面积生产等优点于一身的新一代太阳能电池，在未来的光伏市场上将占有重要地位，今年来，随着多晶硅薄膜制备技术的不断发展，多晶硅薄膜太阳能电池最有希望替代晶体硅太阳能电池的第二代薄膜电池，已经成为国际太阳能领域研究热点之一。

多晶硅薄膜的生长质量直接影响着多晶硅薄膜转换效率以及其他性能，多晶硅薄膜晶化程度不完全，晶粒小和缺陷密度高是限制电池性能的主要原因，制备多晶硅薄膜常用的衬底有单晶硅，非晶硅，导电玻璃，聚酰亚胺以及廉价的普通玻璃和不锈钢等，但在廉价的非硅衬底上很难形成较大的晶粒。由此在廉价衬底上制备出高晶化程度，低缺陷密度以及大晶粒的多晶硅薄膜是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是解决低温沉积多晶硅薄膜的晶化程度低，晶粒小，缺陷密度大的难题，利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)进行沉积，解决PECVD制备的多晶硅晶粒晶界多，晶粒小的问题，使得廉价高质量，均匀的大面积多晶硅薄膜低温制备成为可能。

为达到上述目的，本发明是以通过以下的技术方案来实现的：

一种多晶硅薄膜的制备方法，对衬底先进行常规清洗后，放置于真空镀膜系统中，使用氢气对衬底再进行等离子体原位清洗；采用硅烷和氢气为反应气体，在衬底上进行预沉积得到薄膜，将得到的薄膜采用氢气进行等离子刻蚀，对蚀刻后的薄膜进行再次沉积得到多晶硅薄膜。

其原理是，在用PECVD方法沉积的多晶硅薄膜含有很多的位错、表面态以及悬挂键等缺陷，大大降低了多晶硅薄膜中少数载流子寿命，进而影响了太阳能电池短路电流和电池转化效率的提高。在多晶硅薄膜生长初期，先生长一层非晶孵化层，孵化层含有的位错、表面态以悬挂键等缺陷密度会直接影响多晶硅薄膜的形核密度以及核长大，由此降低非晶孵化层的缺陷密度，增加表面活性以及降低表面能是提高多晶硅薄膜质量的重要环节。在沉积过程中，增加氢等离子刻蚀环节，在多晶硅生长初期，利用氢等离子体的刻蚀作用，在填补硅悬挂键的同时，将弱的Si-Si键打破，并重新形成稳定的Si-Si键，同时可以增加薄膜表面活性，降低形核能，以求制备出晶粒晶界少，晶粒大，缺陷密度小的高质量多晶硅薄膜。用PECVD方法可以实现在廉价衬底上低温沉积，并且样品台面积大，并可旋转，由此可以制备出高质量，均匀的大面积多晶硅薄膜。

以上所述的技术方案中，等离子蚀刻所采用氢气的流量为10sccm～100sccm，刻蚀时间为1～12min。

以上所述的技术方案中，预沉积和再次沉积过程中硅烷流量为1sccm～50sccm，氢气流量为10sccm～100sccm。

以上所述的技术方案中，预沉积的沉积时间为2～10min，再次沉积的沉积时间为1h～5h。

以上所述的技术方案中，所述真空镀膜系统为采用微波等离子增强化学气相沉积法的镀膜系统。

以上所述的技术方案中，所述衬底为硅片、普通玻璃或导电玻璃。对衬底的常规清洗为依次用丙酮，无水乙醇和去离子水超声清洗10min，并采用氮气进行吹干。

等离子体原位清洗采用氢气的流量为10sccm～100sccm，等离子体原位清洗时间为10mim～20min。

所述衬底的温度范围为25℃～500℃，真空镀膜系统的微波功率为500W～1200W。

本发明的技术方案可制备廉价的高质量大面积的多晶硅薄膜，其晶粒晶界少，晶化程度高，晶粒大，用于太阳能电池上可望提高多晶硅薄膜太阳能电池的性能，同时在光电子器件等其他领域得到应用。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作详细的说明。

实施例1：

在本施例中选用衬底为普通玻璃，衬底大小为2cm×2cm，放置于真空镀膜系统的样品台中央，样品台旋转速度为10r/min,硅薄膜沉积时间t₁为5min，刻蚀时间为2min，刻蚀之后硅薄膜沉积时间为1.5h。

在普通玻璃衬底上沉积多晶硅薄膜的具体步骤如下：