專利名稱：薄膜沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄膜沉積的方法。
背景技術(shù)：
隨著能源的日益短缺，人們對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)和利用日趨重視。市場(chǎng) 對(duì)更大面積、更輕更薄且生產(chǎn)成本更低的新型太陽(yáng)能電池的需求日益增 加。在這些新型太陽(yáng)能電池中，薄膜太陽(yáng)能電池、特別是大面積薄膜太 陽(yáng)能電池的開發(fā)已受到世界范圍的廣泛關(guān)注。薄膜太陽(yáng)能電池用硅量極 少，更容易降低成本，在硅原材料持續(xù)緊張的情況下，薄膜太陽(yáng)電池已 成為太陽(yáng)能電池發(fā)展的新趨勢(shì)和新熱點(diǎn)。
薄膜太陽(yáng)能電池是多層器件，如圖1所示，典型的薄膜太陽(yáng)能電池通
常具有由p層10、 i層ll和n層12組成的p-i-n疊層結(jié)構(gòu)，其中p層10、 i層ll 和n層12分別為p型摻雜薄膜硅層、i型(非摻雜或本征的薄膜硅層)和n 型摻雜薄膜硅層。p層10和n層12在i層ll之間建立一個(gè)內(nèi)部電場(chǎng)，由本征 氬化硅構(gòu)成的i層ll直接將入射光能轉(zhuǎn)換成電能。這個(gè)p-i-n三層組合稱為 一個(gè)光電單元，或一個(gè)"結(jié)"。單結(jié)光電器件含有單一的光電單元，而 多結(jié)光電器件(多結(jié)太陽(yáng)能電池，亦稱疊層太陽(yáng)能電池)含有兩個(gè)或更 多個(gè)疊加在一起緊密相連的光電單元。將基于薄膜硅的p-i-n結(jié)構(gòu)層夾在 導(dǎo)電薄膜電極和透明材料基板(例如玻璃)之間，就形成了一個(gè)完整的 太陽(yáng)能電池。大面積薄膜太陽(yáng)能電池p-i-n結(jié)構(gòu)的各層是在大面積薄膜沉 積裝置中，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝沉積形成。在 申請(qǐng)?zhí)枮?00820008274.5的中國(guó)專利申請(qǐng)中描述了上述薄膜沉積裝置，圖 2為說明利用該裝置進(jìn)行薄膜沉積的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，在反 應(yīng)室110的薄膜沉積區(qū)域120中間隔交替排列大面積激勵(lì)電極板和接地電 極板，其兩側(cè)表面均放置大面積太陽(yáng)能電池基板121，反應(yīng)室110具有進(jìn)氣口102和出氣口106。反應(yīng)氣體由進(jìn)氣口102進(jìn)入沉積區(qū)域120，激勵(lì)電 源108對(duì)激勵(lì)電極板提供射頻能量，將反應(yīng)氣體電離為等離子體從而在基 板表面沉積薄膜，剩余的氣體由出氣口106排出。這種薄膜沉積方法中， 反應(yīng)氣體由進(jìn)氣口 102進(jìn)入反應(yīng)室被電離后由出氣口 106排出，反應(yīng)氣體 沿箭頭所指方向動(dòng)態(tài)地流動(dòng)。由于采用的是大面積電極板，基板也為大 面積板塊比如玻璃板，反應(yīng)室110整體體積較大，反應(yīng)氣體在沉積區(qū)域120 中自上而下流動(dòng)，進(jìn)入到沉積區(qū)域120上部的反應(yīng)氣體先被電離，未被電 離和電離后剩余的氣體流到下部后再被電離，因此下部的反應(yīng)氣體濃度 相對(duì)減少，也就是說，反應(yīng)氣體在沉積區(qū)域120中的上下分布并不均勻，
度，這勢(shì)必造成基板的上、下薄膜沉積不均勻，從而影響太陽(yáng)能電池的 性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜沉積方法，能夠提高大面積基板薄 膜沉積的均勻性，改善膜層性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種薄膜沉積方法，包括
在電極表面安裝基板；
向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體；
將反應(yīng)室封閉；
在基板表面沉積薄膜；
沉積結(jié)束，排出剩余氣體。
優(yōu)選地，所述方法還包括監(jiān)測(cè)反應(yīng)室內(nèi)氣體壓力的步驟。 優(yōu)選地，所述電極包括激勵(lì)電極板和接地電極板。 優(yōu)選地，所述激勵(lì)電極板和接地電極板在反應(yīng)室內(nèi)等距、縱向間隔 交替排列。本發(fā)明提供的另一種薄膜沉積方法，包括
在電極表面安裝基板；
向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體；
在基板表面沉積薄膜；
將反應(yīng)室封閉并維持特定時(shí)間；
沉積結(jié)束，排出剩余氣體。
優(yōu)選;l也，所述特定時(shí)間為5 100秒。
優(yōu)選地，所述特定時(shí)間為10 50秒。
優(yōu)選地，所述方法在執(zhí)行將反應(yīng)室封閉并維持特定時(shí)間的步驟之后 還包括向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體的步驟。
優(yōu)選地，所述反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)、氬氣(H2)、硼烷(B2He)和甲 烷(CH4)的混合氣體。
優(yōu)選地，所述反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)、硼烷(B2H6)和甲烷(CH4)的 混合氣體。
優(yōu)選地，所述電極包括激勵(lì)電極板和4委地電極板。
優(yōu)選地，所述激勵(lì)電極板和接地電極板在反應(yīng)室內(nèi)等距、縱向間隔 交替排列。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的薄膜沉積方法在通入反應(yīng)氣體并使反應(yīng)室中的反應(yīng)氣體達(dá) 到預(yù)定壓力后，在電離反應(yīng)氣體之前或電離反應(yīng)氣體的過程中，將反應(yīng) 室全部封閉。反應(yīng)室全部封閉之后，內(nèi)部的反應(yīng)氣體會(huì)均勻分布，使得 隨后的將反應(yīng)氣體電離為等離子體所沉積的膜層更加均勻，有助于提高 膜層中摻雜物質(zhì)的均勻性，改善膜層的性能；在電離反應(yīng)氣體的過程中 封閉反應(yīng)室，能夠提高后續(xù)沉積的膜層中的雜質(zhì)濃度和膜層特性，改善這一膜層與下一膜層的接觸界面的帶隙特性，因而進(jìn)一步提高了薄膜太 陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上 述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記 指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主 旨。在附圖中，為清楚起見，放大了層的厚度。
圖1為典型的薄膜太陽(yáng)能電池的p-i-n結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為說明利用薄膜沉積裝置進(jìn)行薄膜沉積的示意圖，； 圖3為說明本發(fā)明薄膜沉積方法的反應(yīng)室封閉狀態(tài)示意圖； 圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜沉積方法流程圖； 圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜沉積方法流程圖； 圖6為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的薄膜沉積方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合 附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很 多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此
描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情 況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
圖3為說明本發(fā)明薄膜沉積方法的反應(yīng)室封閉狀態(tài)示意圖。所述示 意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖3所示的反應(yīng)室 110是一種對(duì)大面積基板進(jìn)行沉積薄膜的反應(yīng)室，在反應(yīng)室中間隔交替豎 直排列激勵(lì)電才及板和4委地電纟及板，激勵(lì)電纟及板和接i也電才及板為大面積板 狀電極，其兩側(cè)表面均可放置大面積基板121。由于采用大面積電極板， 反應(yīng)室內(nèi)部空間相對(duì)較大，反應(yīng)氣體的流動(dòng)使得反應(yīng)室內(nèi)部空間120上下氣體濃度存在不均勻性。本發(fā)明的薄膜沉積方法，在電極板兩側(cè)安裝 完基板之后，通入反應(yīng)氣體，并使反應(yīng)室中的反應(yīng)氣體達(dá)到預(yù)定的壓力，
例如0.5-10Torr，然后，在電源108對(duì)激勵(lì)電極板提供射頻能量電離反應(yīng) 氣體之前或電離反應(yīng)氣體的過程中，利用閥體104將反應(yīng)室110的進(jìn)氣 口 102和出氣口 106全部封閉，使反應(yīng)室110內(nèi)部為密閉狀態(tài)。
圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜沉積方法流程圖。所述示意圖 只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明薄膜沉積方法的 第一實(shí)施例的流程如圖4所示，首先在電極表面安裝基板(S401);對(duì)反 應(yīng)室抽真空以排出反應(yīng)室內(nèi)部的氣體，然后向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體 (S402);以沉積p層為例，反應(yīng)氣體包括硅烷(SiH4)、氫氣(H2)、硼 烷(B2H6)和甲烷(CH4)的混合氣體。非晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率 主要取決于氫化的非晶硅碳合金p層的性能，包括其帶隙數(shù)值和摻雜濃 度。當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)氣體的壓力達(dá)到預(yù)定值(0.5 10Torr)時(shí)，將反應(yīng)室 全部封閉(S403),封閉反應(yīng)室的方式既可以同時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣口和出氣口， 也可以先關(guān)閉出氣口再關(guān)閉進(jìn)氣口，或先關(guān)閉進(jìn)氣口再關(guān)閉出氣口。反 應(yīng)室封閉后其內(nèi)部空間的反應(yīng)氣體濃度會(huì)更加均勻；然后向激勵(lì)電極供 電，將所述反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，在基板表面沉積薄膜(S404);沉 積結(jié)束之后停止供電，并排出剩余反應(yīng)氣體(S405)。反應(yīng)室封閉之后， 內(nèi)部的氣體濃度比較均勻，在基板表面沉積的整個(gè)膜層的厚度和摻雜雜 質(zhì)濃度的均勻性得到了提高。而且，使反應(yīng)室進(jìn)入完全的封閉狀態(tài)，這 時(shí)，由于等離子體沉積過程不斷消耗反應(yīng)氣體中的硅烷和氫氣，氫氣對(duì) 甲烷電離后氣體中碳離子的還原作用減弱，從而使反應(yīng)區(qū)域內(nèi)甲烷電離 后氣體中碳離子的濃度隨著時(shí)間而不斷增加，沉積膜層氣體中的碳的成 分越來越高，使得所沉積的p層中的碳含量提高，有利于提高p層的帶 隙，改善非晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜沉積方法流程圖；所述示意圖 只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明薄膜沉積方法的第二實(shí)施例的流程如圖5所示，首先在電極表面安裝基板(S501);對(duì)反 應(yīng)室抽真空以排出反應(yīng)室內(nèi)部的空氣，隨后通過進(jìn)氣口向反應(yīng)室內(nèi)通入 反應(yīng)氣體并通過出氣口排出反應(yīng)氣體(反應(yīng)氣體仍以前述沉積p層的為 例)(S502);使反應(yīng)室內(nèi)的氣壓維持在預(yù)定值(0.5 10Torr)，然后向激 勵(lì)電極提供能量，將反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，在基板表面沉積薄膜
(S503):需要說明的是，本實(shí)施例中將反應(yīng)室封閉的步驟S504既可以 與S503同時(shí)執(zhí)行，又可以在進(jìn)行步驟S503的中途執(zhí)行，直到沉積結(jié)束； 也可以在快要結(jié)束S503步驟時(shí)執(zhí)行，并維持一段時(shí)間，例如5 100秒
(S505)，直到沉積結(jié)束。封閉反應(yīng)室的方式既可以同時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣口和出 氣口，也可以先關(guān)閉出氣口再關(guān)閉進(jìn)氣口，或先關(guān)閉進(jìn)氣口再關(guān)閉出氣 口。沉積結(jié)束后停止供電，排除剩余反應(yīng)氣體(S506)。本實(shí)施例可以靈 活調(diào)整p層的帶隙，特別是在結(jié)束p層沉積之前IO秒左右封閉反應(yīng)室能 夠在p層臨近于i層的界面獲得更寬的帶隙，從而增強(qiáng)電池的內(nèi)部電場(chǎng)， 更寬的p層帶隙可以提高來自于p/i界面區(qū)域?qū)怆娮拥呐懦饬?，從而?低p/i界面區(qū)域的載流子的復(fù)合，增加太陽(yáng)能電池的開路電壓。
圖6為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的薄膜沉積方法流程圖。所述示意圖 只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖6所示，本發(fā)明薄 膜沉積方法的第三實(shí)施例首先在電極表面安裝基板(S601);對(duì)反應(yīng)室抽 真空以排出反應(yīng)室內(nèi)部的空氣，隨后通過進(jìn)氣口向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣 體，并通過出氣口排出反應(yīng)氣體(反應(yīng)氣體仍以前述沉積p層的為例， 在此不再贅述)(S602);使反應(yīng)室內(nèi)的氣壓維持在預(yù)定值(0,5 10Torr)。 然后向激勵(lì)電極提供能量，將反應(yīng)氣體激發(fā)為等離子體，在基板表面沉 積薄膜(S603);需要說明的是，本實(shí)施例中的將反應(yīng)室封閉的步驟S604 既可以與步驟S603同時(shí)開始執(zhí)行，又可以在執(zhí)行步驟S603之后執(zhí)行， 并維持一段預(yù)定時(shí)間例如10~50秒鐘(S605 )，然后再將進(jìn)氣口和出氣口 打開(S606)，補(bǔ)充反應(yīng)氣體。補(bǔ)充的反應(yīng)氣體優(yōu)選為硅烷(SiH4)、硼 烷(B2H6)和甲烷(CH4)的混合氣體。達(dá)到預(yù)定氣壓后再封閉反應(yīng)室。這樣重復(fù)多次執(zhí)行步驟S602至步驟S605，即在沉積過程中執(zhí)行至少一次 封閉反應(yīng)室的步驟，這種方式可以靈活調(diào)節(jié)沉積膜層的雜質(zhì)濃度梯度和 膜層不同厚度處的帶隙分布。沉積結(jié)束之后停止供電，排除剩余反應(yīng)氣 體(S607)。
以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況 下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可 能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離 本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任 何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種薄膜沉積方法，包括在電極表面安裝基板；向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體；將反應(yīng)室封閉；在基板表面沉積薄膜；沉積結(jié)束，排出剩余氣體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述方法還 包括監(jiān)測(cè)反應(yīng)室內(nèi)氣體壓力的步驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述電極包 括激勵(lì)電才及板和接i也電纟及板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述激勵(lì)電 極板和接地電極板在反應(yīng)室內(nèi)等距、縱向間隔交替排列。
5、 一種薄膜沉積方法，包括 在電極表面安裝基板； 向反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體； 在基板表面沉積薄膜； 將反應(yīng)室封閉并維持特定時(shí)間； 沉積結(jié)束，排出剩余氣體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述特定時(shí) 間為5-100秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述特定時(shí) 間為10~50秒。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述方法在 執(zhí)行將反應(yīng)室封閉并維持特定時(shí)間的步驟之后還包括向反應(yīng)室內(nèi)通入反 應(yīng)氣體的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述反應(yīng)氣 體為硅烷(SiH4)、氬氣(H2)、硼烷(B2H6)和甲烷(CH4)的混合氣體。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述反應(yīng) 氣體為硅烷(SiH4)、硼烷(B2H6)和甲烷(CH4)的混合氣體。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述電極 包括激勵(lì)電招—板和4姿:地電纟及板。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜沉積方法，其特征在于所述激勵(lì) 電極板和接地電才及板在反應(yīng)室內(nèi)等距、縱向間隔交替排列。
全文摘要
本發(fā)明的薄膜沉積方法在通入反應(yīng)氣體并使反應(yīng)室中的反應(yīng)氣體達(dá)到預(yù)定壓力后，在電離反應(yīng)氣體之前或電離反應(yīng)氣體的過程中，將反應(yīng)室全部封閉。封閉后的反應(yīng)室全部?jī)?nèi)部反應(yīng)氣體的分布更均勻，有助于提高膜層中摻雜物質(zhì)的均勻性，改善膜層的性能。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101294277SQ20081008998
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者李沅民, 楊與勝 申請(qǐng)人:福建鈞石能源有限公司