[发明专利]一种石墨衬底浓度渐变P型多晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅太阳能电池技术领域，特别涉及一种石墨衬底浓度渐变P型多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

在众多类型的太阳能电池中，晶体硅太阳电池在光伏发电市场占有绝大部分的比例，是当前光伏发电的主力。当前对于晶体硅太阳电池的成本控制已经做得很好，但是发电成本仍然高于传统能源。如何进一步降低成本，提高太阳能发电的竞争力是我们需要解决的重要问题。多晶硅薄膜电池效率相对较高，耗材却大大减少，是降低发电成本的重要途径。

在异质衬底上，直接沉积多晶硅薄膜，制作多晶硅薄膜太阳电池，可以省去多晶硅重熔、铸锭、切片和扩散等工艺过程，可以节省多晶硅材料70％，减少能耗60％。因此，多晶硅薄膜太阳电池是最有前途的新型能源。由于石墨具有与硅相近的物理性质，非常适合作为衬底材料，用于制备石墨衬底多晶硅薄膜太阳电池。

然而目前异质衬底多晶硅薄膜的掺杂一般采用的是先制备多晶硅薄膜，后掺杂技术，这样制得的P型多晶硅薄膜，其掺杂浓度的渐变方向恰好与高效太阳电池所要求的相反，难以制得较高效率的多晶硅太阳电池。通过CVD技术可以实现制膜过程的掺杂，且掺杂浓度均匀，但是该技术对控制精度的要求比较高，成本也较高。

发明内容

本发明提供了一种石墨衬底浓度渐变P型多晶硅薄膜的制备方法，具体技术方案如下：

一种石墨衬底浓度渐变P型多晶硅薄膜的制备方法：以抛光石墨片为衬底，在石墨衬底上先沉积一层非晶硅薄膜，并采用快速热处理方法扩散硼，之后用氢氟酸去除表面硼硅玻璃，接着继续沉积一层较厚的非晶硅薄膜，并进行快速热退火处理和较长时间常规退火处理。

包括以下具体步骤：

(1)以抛光石墨片为衬底，沉积前先经过惰性气氛高温烘烤，烘烤温度为1000℃，烘烤时间3h；衬底尺寸为50×50mm²～100×100mm²，衬底厚度为2mm～5mm；

(2)在石墨衬底上，采用磁控溅射技术，先沉积一层非晶硅薄膜，沉积温度为300～500℃，厚度为200～300nm；

(3)采用快速热处理技术，利用固态硼源，在N₂气氛下，扩散制得重掺杂P型多晶硅层；扩散温度为900～1000℃，时间为30～50s；

(4)用氢氟酸浸泡步骤(3)得到的重掺杂P型多晶硅层，时间为10min，去除表面的硼硅玻璃，并用去离子水冲洗，然后氮气吹干；

(5)采用磁控溅射技术，继续沉积一层较厚的非晶硅薄膜，厚度在4～5μm；

(6)得到的非晶硅薄膜先进行快速热退火处理，再进行较长时间常规退火处理；快速热退火的温度为800～1000℃，时间为60～80s；常规退火的温度为700～1000℃，时间为2～3h。

本发明的主要优点在于：

1、在预沉积层上先扩散掺杂，再沉积较厚薄膜后退火，这样就实现了从衬底到薄膜表面的掺杂浓度渐变，依次是重掺杂区和渐变的轻掺杂区，这正是制作高效薄膜太阳电池所需的杂质浓度分布。

2、实现杂质的再分布和薄膜的晶化采用两步退火法。快速热退火处理中，薄膜一直处于非平衡态，容易造成一些缺陷。通过两步退火实现掺杂浓度渐变，既增大了扩散速度，又降低了薄膜的缺陷，得到的薄膜质量良好，利于后续制作太阳电池。

3、采用该工艺流程可以同时完成多晶硅薄膜的掺杂和晶化，减少了能耗，降低了成本。

4、本工艺采用的磁控溅射等设备廉价，对工艺的精准度要求相对较低。

5、本工艺的条件选择合适，重复性好，适合P型多晶硅薄膜的大面积制备。

附图说明

图1为石墨衬底浓度渐变P型多晶硅薄膜制备过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实现本发明的主要设备：磁控溅射系统；快速热处理设备；常规退火设备。

根据本发明工艺及发明设备的个体情况，可适当调整以下参数，如衬底的溅射温度、溅射气压、功率，退火温度和时间等，使得制备的P型多晶硅薄膜掺杂浓度渐变，晶粒具有一定的择优取向，同时退火时间不宜过长，否则容易造成掺杂浓度的均匀化，不利于形成渐变掺杂。

实施例1

(1)以抛光石墨片为衬底，沉积前先经过惰性气氛高温烘烤，烘烤温度1000℃，时间3h；衬底尺寸为50×50mm²，衬底厚度为2mm；