[发明专利]一种硅基太阳能薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料及太阳能电池材料领域，涉及一种硅基太阳能薄膜的制备方法。 

背景技术

基于单晶或多晶体硅基底的硅太阳能电池是光伏市场的主体。但若全部用高纯硅制作，生产这种太阳能电池非常耗能，并且比较昂贵。为进一步推动光伏产业的发展，应通过降低材料成本来大力减少太阳能电池的生产成本。 

为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺。此外，液相外延法(LPPE)和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4，为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO₂、Si₃N₄等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题的方法是先用LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。 

液相外延(LPE)法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。外延薄膜硅太阳能电池的生产工艺与传统的体硅太阳能电池非常相似。因此，与其它薄膜技术相比，在现有的生产线中实现外延薄膜硅太阳能生产相对容易。不过，外延薄膜硅太阳能电池产业竞争力的主要不足之处在于，比起传统的体硅太阳能电池，薄膜硅太阳能电池的效率较低，挑战在于如何在效率和成本之间获得完美的平衡，还须考虑大规模工业生产。

目前普遍认为使用廉价的工业硅制备太阳能级多晶硅是降低成本的最有效方式之一。为了降低制造成本，使用低纯度硅材料制造太阳能电池一直是人们追求的目标。 

物理法中以高温冶炼和定向凝固相结合成果最为显著，污染少，成本低，适合大规模工业生产。但是一般定向凝固后的多晶硅纯度为4-5N(99.99％-99.999％wt)，特别是其中B含量高而导致电阻率低，衰减严重，不能满足太阳能行业的需要，本发明就是针对这一技术问题进行的改进。 

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术的不足，提供一种利用液相外延技术，批量制备太阳能级多晶硅薄膜的方法。 

液相外延的技术原理：以低熔点的金属(如Ga、In等)为溶剂，以待生长材料(如Ga、As、Al等)为溶质，使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态。通过降温冷却使溶质从溶剂中析出，在单晶衬底上定向生长一层晶体结构和晶格常数与单晶衬底足够相似的晶体材料，使晶体结构得以延续，实现晶体的外延生长。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种高产量的硅基太阳能薄膜的制备方法，包括： 

步骤1：将4-5N硅片装入衬底夹具；石墨坩埚中装入作为溶剂的In；炉室内抽真空后通入惰性气体，同时关闭真空泵，保持微正压。 

步骤2：升温至In熔点156.634℃以上，将In熔化后，将装载有硅片的衬底夹具放入In熔液中； 

步骤3：逐渐升温至900℃，使硅片溶解；通过控制升温速度和时间控制硅片在溶剂中的溶解量； 

步骤4：降低温度0.2-1℃/h，熔液中的硅析出，重新生长于衬底硅片上；10-20h后，将衬底夹具缓慢提升出液面，冷却后将外延硅片取出。 

前述的硅片为物理法得到的4-5N硅片。 

所述的4-5N硅片为单晶硅片或多晶硅片。生长结果：多晶硅片表面生长出多晶硅薄层；单晶硅片表面生长出单晶硅薄层。 

在前述步骤1中，所述硅片预先经以下步骤的处理： 

11、去除硅片表面的氧化膜； 

12、硅片表面刻蚀； 

13、清洗后，对其中一个无需外延生长的硅片表面做氧化处理，形成氧化膜。