[发明专利]从聚合物改性的液体硅烷配制剂形成的硅涂层

说明书

本发明涉及包括至少一种硅烷和至少一种碳聚合物的配制剂，和涉及在涂有该配制剂的基材上的硅涂层的生产。

太阳能电池的常规生产方法在于掺杂半导体基材利用植入或扩散的相反掺杂，在掺杂半导体基材上的相反掺杂半导体层利用取向生长的沉积，或不同掺杂的半导体层在减压下从气相的沉积。所提及的方法也以各种变型使用。

现有方法的缺点是由于需要真空技术、高温和/或在高成本和较大麻烦下制备的基材所必然引起的复杂性。为了避免这一复杂性，人们尝试从液体硅烷生产半导电或光伏活性层或层序。

硅烷能够利用旋涂器从该硅烷的液相沉积。从其获得的层能够通过合适的热处理来稳定化，使得它们典型地具有微晶、纳米晶体和无定形结构的混合物。此类微晶、纳米晶体和/或无定形层这里和以下是指“多形态的”。多形态层的晶体结构的准确区别和定义在大多数情况下不是很可能，或对于预定的应用来说是不太重要的。

从硅烷生产硅层的方法是本领域中的那些技术人员已知的。例如，GB 2077710教导了通过SiH₂Cl₂与碱金属的同时还原和聚合反应所进行的制备通式-(SiH₂)-的聚硅烷的方法，其中n≥10。此类高级硅烷用作硅层的前体，该硅层例如用于太阳能电池。对于n具有较小值(即n≤4)的硅烷Si_nH_2n+2，JP 7267621教导了从此类硅烷的膜生产硅层的方法，该硅烷首先在冷却条件下用UV光辐射和然后加热至高于400℃的温度。EP 1 284 306公开了硅膜能够按照类似的方式从通式Si_nH_2n的环状硅烷，和通式Si_nH_2n+2的开链硅烷生产，其中在各情况下3≤n≤10。这里，这些硅烷例如通过加热和/或紫外线辐射来部分地或完全地低聚。另外，添加特定的磷化合物或硼化合物以便实现n-或p-掺杂。

此类层的上述生产方法以及这些层本身具有相当大的缺点。因此，一方面，液体硅烷化合物，单独或在配制的溶液中，具有极低的极性。其结果是由该配制剂组成的膜在涂覆操作中的铺展性是差的以及在涂覆设备的剪切作用结束之后膜发生收缩。这使得涂层甚至在湿膜阶段完全地或部分地变成可逆的，并且其结果是获得不完全覆盖的基材，例如被由覆盖和未覆盖区域组成的豹皮结构所覆盖。通过减少在配制剂中的硅烷含量和/或通过更高的剪切作用，例如旋涂器的高速度，有可能在较低程度上抵消这些膜缺陷。然而，此类措施会导致获得薄的膜，并且几乎不可能超过100 nm的膜厚度。

在薄膜形成上的一定改进以及在膜的收缩效应上的减少也可通过液体硅烷的低聚或通过硅烷低聚物在液体配制剂中的溶解来实现。然而，这些措施受到以下事实所限制：较高分子量的低聚硅烷不溶于低分子量硅烷中和不溶于在其中添加的溶剂中，并且，例如根据EP 1 284 306，仅仅约10wt%的低聚物可溶于液体硅烷配制剂中。因为硅烷低聚物具有低的极性和必须不具有非常高的分子量以便仍然溶于低分子量硅烷中，所以以这种方法能够实现仅仅轻微的改进。不完全覆盖基材的倾向因此得到维持。

1-3μm的较高层厚度尤其对于太阳能电池的下层(已知为基础层）是有利的。液体硅烷的较厚层是通过较高粘度的配制剂和/或通过多层的构建来实现的。然而，对于通过多次涂覆所实现的多层的构建，仍然有基材的不充分涂覆的问题。虽然有通过反复的涂覆步骤来覆盖先前未覆盖的区域的一定可能性，但是，所获得的多个层具有较大的厚度变化。此外，由于这些方法的随意结果，这些是不可再现的。

在作为基材的硅上，没有任何问题可获得液体硅烷型硅层。然而，根据现有技术不可能在合适的基材上获得第一种内聚性硅层，以便然后能够更容易地构建其它层。因此不可能利用旋涂沉积法或类似方法来生产以薄的多形态硅层的一个序列为基础的太阳能电池。因此不可能获得能够吸收足够的太阳光的层结构。

此外，以上列出的程序也不允许该层具有一种结构。该层的结构化是令人希望的，因为光吸收能够不仅借助于层厚度本身，而且借助于硅层的结构化来提高。光线能够被边缘和凹穴折射许多次，这些边缘和凹穴等同于折射指数对比度，导致在光伏有源介质中光路的延长。因此有在效率上更高的光可用于光伏操作。结构化能够在普通的晶片中或CVD工艺中实现，例如通过利用刻蚀工艺使得层表面变粗糙，但是不能以简单的方式在液体硅烷型硅层上实现。