專利名稱：一種多晶硅薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅薄膜的制備方法，具體涉及一種低成本的多晶硅薄膜的制備方法，在多晶硅薄膜太陽能電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式，其發(fā)電過程中不會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，因此對環(huán)境不會產(chǎn)生污染。以太陽能發(fā)電為機理的太陽能電池正逐漸被廣泛應(yīng)用， 目前實用的太陽能電池按照制作材料分為晶體硅電池、GaAs電池、硅基薄膜電池、銅銦錫 (CIS)薄膜電池和碲化鎘(CdTe)薄膜電池。晶體硅太陽能電池因其效率較高、技術(shù)成熟并且原材料充足，所以占據(jù)了太陽能電池市場的大部分份額。但是，晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝中需要使用大量的硅材料，能耗較高，例如，通常的晶體硅太陽能電池是在厚度約200 μ m的硅片襯底上制成，而硅片是從提拉或澆鑄的硅錠上切割而成，因此實際消耗的硅材料更多，所以，該方法的缺點是成本較高。與晶體硅太陽能電池相比，薄膜太陽能電池的效率雖然較低，但是其原料消耗小、 制造成本低，所以被視為未來市場占有率較高的下一代太陽能技術(shù)。其中，硅基薄膜太陽能電池的發(fā)展最為迅速，已實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。但是，非晶硅薄膜太陽能電池由于效率低并且衰減大，極大地制約了其發(fā)展。為了獲得具有高效率、高穩(wěn)定性的硅基薄膜太陽能電池， 近年來出現(xiàn)了微晶硅、多晶硅薄膜太陽能電池。其中，多晶硅薄膜太陽能電池不僅原料消耗低，所需的硅片襯底的厚度只有晶體硅太陽能電池中所需厚度的3%左右，而且具有高效率和性能穩(wěn)定的優(yōu)點。目前，制備多晶硅薄膜的方法有多種，其中化學(xué)氣相沉積法(CVD)是最廣泛使用的一種方法。CVD制備多晶硅薄膜主要有兩種途徑，一種是直接在襯底上一步沉積多晶硅薄膜；另一種是先沉積非晶硅薄膜，然后通過熱處理技術(shù)將非晶硅薄膜晶化成為多晶硅薄膜， 又被稱為兩步工藝法。這兩種途徑中都需要襯底，而且對襯底材料有很高的要求。首先，高溫的工藝條件可以使襯底上的硅原子結(jié)晶良好，通常襯底溫度越高，多晶硅薄膜的質(zhì)量越好，但是高溫對襯底材料提出了很高的要求，襯底材料必須滿足如下條件具有良好的化學(xué)和機械穩(wěn)定性，與硅的熱膨脹系數(shù)相匹配，耐高溫且不會引入過多的雜質(zhì)污染；其次，襯底材料需要具備良好的導(dǎo)電性，以使太陽能電池正背面電極制作方便，而當(dāng)襯底由絕緣材料構(gòu)成時，太陽能電池的電極必須使用特別的結(jié)構(gòu)使電極全部制作在同一面，這樣不但增加了工藝復(fù)雜性和成本，而且容易降低電池效率。除此之外，由于襯底在高溫的工藝條件下與多晶硅薄膜緊密結(jié)合在一起而不能分離，所以目前襯底是一次性使用的。目前報道的襯底材料有冶金級硅、石墨、SiC、陶瓷、玻璃和不銹鋼等，但是沒有一種襯底滿足上述全部要求。為了避開高溫的工藝條件對襯底材料所帶來的要求，可以采用激光晶化工藝，該工藝是先在低溫下制備非晶硅薄膜，再利用脈沖激光使非晶硅薄膜局部快速升溫而晶化， 由于激光處理時間很短，襯底溫度較低，所以對襯底材料的要求較低。但是，激光晶化技術(shù)
3設(shè)備復(fù)雜，激光處理面積很小，生產(chǎn)率低，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，截止目前，低成本地制備大面積、大晶粒、高載流子遷移率的多晶硅薄膜依然是擺在各國研究人員面前的巨大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種多晶硅薄膜的制備方法，該方法具有成本低、簡單易行的優(yōu)點，在太陽能電池、薄膜晶體管以及傳感器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。本發(fā)明實現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為一種多晶硅薄膜的制備方法，首先在襯底上沉積一層SiA或SiNx顆粒膜作為過渡層，接著在該過渡層上在高溫下采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積一層厚度為10微米 100微米的多晶硅薄膜，然后利用SiA或SiNx顆粒膜的疏松性分離多晶硅薄膜和襯底，最后清洗去掉粘附在多晶硅薄膜上的3102或51隊顆粒后得到多晶硅薄膜。襯底材料優(yōu)選為石英、多晶硅、單晶硅或石墨。在襯底上沉積SiA或SiNx顆粒膜可以采用印刷、噴涂或者化學(xué)氣相沉積等方法。 當(dāng)利用化學(xué)氣相沉積的方法沉積SiA顆粒膜時，硅源氣體優(yōu)選是SiH4或者SiHCl3,氧源氣體優(yōu)選是02。當(dāng)利用化學(xué)氣相沉積的方法沉積SiNx顆粒膜時，硅源氣體優(yōu)選是SiH4或者 SiHCl3,氮源氣體優(yōu)選是NH3。多晶硅薄膜的沉積溫度優(yōu)選為700°C 1100°C。多晶硅薄膜沉積所采用的氣體優(yōu)選為SiH4或者SiHCl3。多晶硅薄膜沉積過程中可同時通入硼烷或磷烷，分別實現(xiàn)P型摻雜或N型摻雜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的多晶硅薄膜的制備方法具有如下優(yōu)點(1)在襯底與多晶硅薄膜之間增加了由3102或51隊顆粒膜構(gòu)成的過渡層，利用該過渡層的疏松性巧妙地分離多晶硅薄膜和襯底，分離后的襯底經(jīng)清洗去掉粘附的S^2或 SiNx顆粒后能夠重復(fù)利用，極大地降低了襯底所帶來的成本；(2)由于多晶硅薄膜的厚度較大，可以不需要襯底的支撐而被用于下一步工藝，避免了多晶硅薄膜應(yīng)用領(lǐng)域中襯底對制作工藝的約束和限制；(3)制備工藝簡單，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式下面對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1 將高純石英片襯底放入化學(xué)氣相沉積腔體，當(dāng)本底真空低于IPa以后，室溫下按照4 1流量比通入O2和SiH4,在氣壓為100 時在石英片襯底上沉積一層SW2顆粒膜作為過渡層；接著抽真空到本底真空低于1 后，加熱襯底溫度到850°C，按照1 1的比例通入SiH4和H2，沉積多晶硅薄膜，所沉積的多晶硅薄膜厚度為50微米；自然冷卻后移出化學(xué)氣相沉積腔體，并利用SiO2顆粒膜的疏松性將沉積的多晶硅薄膜和石英襯底相分離；清洗去掉粘附在多晶硅薄膜上的S^2顆粒后得到多晶硅薄膜，分離后的高純石英片襯底經(jīng)清洗去掉粘附的SiA顆粒后能夠重復(fù)利用。
實施例2 將高純多晶硅襯底放入化學(xué)氣相沉積腔體，當(dāng)本底真空低于IPa以后，800°C時按照4 1流量比通入NH3和SiH4,在氣壓為300 時在單晶硅襯底上沉積一層SiNx顆粒膜作為過渡層；接著抽真空到本底真空低于1 后，保持襯底溫度800°C，按照1 1的比例通入SiH4和H2，沉積多晶硅薄膜，所沉積的多晶硅薄膜厚度為60微米；自然冷卻后移出化學(xué)氣相沉積腔體，并利用SiNx顆粒膜的疏松性將沉積的多晶硅薄膜和多晶硅襯底相分離； 清洗去掉粘附在多晶硅薄膜上的SiNx顆粒后得到多晶硅薄膜，分離后的高純多晶硅襯底經(jīng)清洗去掉粘附的SiNx顆粒后能夠重復(fù)利用。實施例3 混合高純粒徑大約為10微米的SW2顆粒和去離子水得到SW2顆粒漿料，采用絲網(wǎng)印刷工藝在多晶硅襯底上印刷一層SW2漿料，烘烤后在多晶硅襯底上獲得一層SW2顆粒膜作為過渡層；將覆蓋有S^2顆粒膜的多晶硅片襯底放入化學(xué)氣相沉積腔體，當(dāng)本底真空低于IPa以后，900°C時按照2 1流量比通入SiH4和H2，沉積多晶硅薄膜，所沉積的多晶硅薄膜厚度為100微米；自然冷卻后移出化學(xué)氣相沉積腔體，并利用SiO2顆粒膜的疏松性將沉積的多晶硅薄膜和多晶硅片襯底相分離；清洗去掉粘附在多晶硅薄膜上的SiO2顆粒后得到多晶硅薄膜，分離后的多晶硅襯底經(jīng)清洗去掉粘附的SW2顆粒后能夠重復(fù)利用。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是首先在襯底上沉積一層SiA或SiNx顆粒膜作為過渡層，接著在該過渡層上在高溫下采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積一層厚度為10微米 100微米的多晶硅薄膜，然后利用SiO2或SiNx顆粒膜的疏松性分離多晶硅薄膜和襯底，最后清洗去掉粘附在多晶硅薄膜上的SiA或SiNx顆粒后得到多晶硅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是所述的襯底材料為石英、多晶硅、單晶硅或石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是所述的SiA或SiNx 顆粒膜采用印刷、噴涂或者化學(xué)氣相沉積的方法在襯底上沉積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是利用化學(xué)氣相沉積的方法沉積所述的S^2顆粒膜時，硅源氣體是SiH4或者SiHCl3，氧源氣體是02。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是利用化學(xué)氣相沉積的方法沉積所述的SiNx顆粒膜時，硅源氣體是SiH4或者SiHCl3，氮源氣體是NH3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜的沉積溫度為700°C 1100°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜沉積所采用的氣體為SiH4或者SiHCl3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅薄膜的制備方法，其特征是所述的多晶硅薄膜沉積過程中同時通入硼烷或磷烷，分別實現(xiàn)P型摻雜或N型摻雜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅薄膜的制備方法，該方法首先在襯底上沉積一層SiO2或SiNx顆粒膜作為過渡層，然后在所述的過渡層上在高溫下采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積一層厚度為10微米～100微米的致密的多晶硅薄膜，最后利用SiO2或SiNx顆粒膜的疏松性分離多晶硅薄膜和襯底。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使多晶硅薄膜和襯底相分離，襯底能夠重復(fù)利用，極大地降低了襯底所帶來的成本，同時由于多晶硅薄膜不需要襯底的支撐而被用于下一步工藝，避免了多晶硅薄膜應(yīng)用領(lǐng)域中襯底對制作工藝的約束和限制，另外本發(fā)明的制備工藝簡單，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，在太陽能電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C04B41/52GK102249553SQ20111010892
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者萬青, 李莉, 竺立強, 黃晉, 龔駿 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所