中溫制備多晶硅薄膜及相關(guān)理論問題的探討.pdf

1、太陽能電池在緩解能源危機(jī)和解決環(huán)境污染方面有其重要的研究和應(yīng)用價值。我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)處在高速發(fā)展期，能源供需矛盾突出，同時又是太陽能資源比較豐富的國家，發(fā)展太陽能電池有迫切的需求和巨大的市場潛力。 太陽能電池的發(fā)展方向在于降低成本和提高效率。本文首先分析了各種太陽能電池的價格、材料二次污染、電池效率等因素，從影響太陽能電池民用化的成本和穩(wěn)定性方面考慮，認(rèn)為多晶硅薄膜集晶體硅和非晶硅薄膜材料優(yōu)點于一身，與現(xiàn)有的太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)具有兼

2、容性，有可能成為制作太陽能電池的廉價優(yōu)質(zhì)材料，在將來極具潛力。根據(jù)處理溫度不同，我們進(jìn)一步把制備多晶硅薄膜電池分為高溫、中溫和低溫路線?？紤]到以玻璃材料為電池襯底，它在透光性、軟化點、廉價、美觀、可以與建筑一體化等優(yōu)點，我們選擇中溫線路作為制備多晶硅薄膜電池的研究方向。制備大晶粒多晶硅薄膜是提高多晶硅薄膜電池效率的關(guān)鍵，本文將重點研究中溫制備大晶粒多晶硅薄膜。 本文研究用常規(guī)高溫爐中溫制備多晶硅薄膜材料的工藝參數(shù)。在550℃-1

3、000℃溫區(qū)選擇不同的晶化溫度和時間，發(fā)現(xiàn)在中溫爐子退火制備多晶硅薄膜的過程中，退火溫度與退火時間是相互關(guān)聯(lián)的。對于同樣的晶化效果，退火溫度高，在較少的時間內(nèi)晶化；退火溫度低，在較長的時間內(nèi)完成晶化。本文發(fā)現(xiàn)在中溫爐子退火制備多晶硅薄膜的過程中，出現(xiàn)一系列的晶化效果好的極值點，比如940℃下退火1h，850℃下退火3h等。多晶硅薄膜的晶化效果也與不同條件下沉積的非晶硅薄膜有關(guān)。 對中溫光退火制備多晶硅薄膜的研究表明，退火溫度與退

4、火時間是相互關(guān)聯(lián)的，同樣存在一系列的晶化效果好的極值點，比如850℃下退火5分鐘，750℃下退火8分鐘等。并且發(fā)現(xiàn)700℃和750℃之間存在一個開始晶化溫度點。當(dāng)退火溫度低于這個溫度時，非晶硅薄膜晶化比較困難；而當(dāng)退火溫度高于這個溫度時，非晶硅薄膜則很容易發(fā)生晶化。 本文對比了常規(guī)高溫爐和光退火兩種方法，發(fā)現(xiàn)光退火后獲得的多晶硅薄膜晶粒分布比較均勻，常規(guī)爐子退火后的薄膜晶粒分布不均勻。用兩種方法都可以達(dá)到一定的晶化效果，都可以獲

5、得的相同晶粒大小的多晶硅薄膜，但光退火比常規(guī)退火的時間大大縮短。 我們研究沉積溫度對制備大晶粒多晶硅薄膜的影響，用PECVD法在30℃、350℃和450℃沉積的非晶硅薄膜，在相同條件下退火，350℃附近沉積的非晶硅薄膜的結(jié)晶顆粒比較低溫度30℃沉積的大。這一點與以前認(rèn)為，"非晶硅薄膜的沉積溫度越低，晶化后所得的多晶硅薄膜材料的晶粒就越大"的結(jié)論不一致。 本文研究PECVD沉積非晶硅薄膜的衰變，觀察到在自然條件下會發(fā)生衰變

6、，因此，中溫光退火制備多晶硅薄膜的過程中，應(yīng)減少中間停留的時間，盡快進(jìn)入下一步工藝。本文研究了多晶硅薄膜與玻璃襯底的結(jié)合問題。發(fā)現(xiàn)硅薄膜與玻璃襯底有明顯的分離現(xiàn)象，研究選擇合適軟化點的玻璃襯底，使玻璃的軟化點溫度與最高退火溫度點匹配，可以避免處理過程中玻璃與硅膜相分離。在此基礎(chǔ)上總結(jié)中溫制備大晶硅薄膜的較好技術(shù)路線和工藝參數(shù)。首先用PECVD法在玻璃襯底和一定溫度情況下沉積，然后用光退火制備的多晶硅薄膜。具體沉積工藝參數(shù)：真空度5.6×