專利名稱：多晶硅薄膜的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于薄膜太陽能電池技術領域，具體是一種多晶硅薄膜及用非晶硅低溫誘導制備多晶硅薄膜的方法。
背景技術：
光伏發(fā)電作為一種重要的新型可再生綠色能源，被世界各國廣泛研究和利用；在眾多太陽能電池中，硅基太陽能電池具有原料豐富、無毒害的優(yōu)勢，成為現(xiàn)今太陽能電池市場的主體，尤其是多晶硅電池，效率高、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)成本相對簡單合理。以電池效率和生產(chǎn)成本優(yōu)先的電池市場研究發(fā)展的趨勢來看，多晶硅電池必將走向薄膜化。目前，存在大量關于多晶硅薄膜制備方面的研究，然而低溫制備大晶粒多晶硅薄膜對研究人員來說一直是個困難的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)多晶硅薄膜制備方法包括兩個步驟在基板上沉積非晶硅薄膜和非晶硅薄膜晶化。關于非晶硅薄膜晶化的工藝技術主要有固相晶化法、激光結晶法；固相晶化法需對非晶硅薄膜進行整體加熱，溫度要求加熱到硅的熔化點(1414°C )，激光結晶法設備成本較高，同時工藝較復雜，激光束的局部高溫除了使非晶硅結晶外，對基板也有損傷。近年來，一種金屬誘導晶化法備受關注，研究中采用蒸發(fā)和濺射方法先在玻璃等基板上沉積一層幾百納米厚的鋁、銀或金等金屬，再在金屬層上沉積一層非晶硅薄膜，然后將沉積的薄膜在500至600°C的溫度下退火結晶。金屬誘導法極大地降低了非晶硅薄膜結晶的溫度，但是，500至600 ！的結晶溫度對于基板的選擇具有局限性。同時，這種金屬誘導結晶法，其機理是，多晶硅先在金屬層上形核，然后這些獨立的晶核向四周生長直至相互接觸形成一層晶體，這層晶體再誘導與之接觸的非晶硅晶化，在這一過程中，僅晶核生長成一層多晶硅晶體就需要90分鐘左右的時間，因此結晶速率較慢。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種可快速誘導結晶的多晶硅薄膜。為達到本實用新型目的，本實用新型的多晶硅薄膜包括基板和多晶硅薄膜層，其特征是所述的基板與多晶硅薄膜層之間具有與二者復合在一起的硅化鈦納米線與多晶硅薄膜共存的過渡層。作為所述多晶硅薄膜的優(yōu)選技術措施所述的基板為氧化錫或氧化鋅的透明導電氧化物薄膜玻璃，或為不銹鋼板。所述的基板的厚度為3-4mm。所述的硅化鈦納米線包括納米線、納米釘、納米棒、納米線簇、火箭狀納米線中的至少一種形態(tài)。所述過渡層的厚度為 4-12nm。所述的硅化鈦納米線為TiSi晶相或TiSi2晶相。本實用新型的有益效果是以硅化鈦納米線作為誘導劑，一方面，硅化鈦與晶硅在晶格常數(shù)上的失配度較其他金屬小，因此更容易誘導非晶硅薄膜晶化，非晶硅在結晶過程中具有更低的形核勢壘，晶化溫度更低，降到400°C以下；另一方面，硅化鈦納米線巨大的比表面積，使誘導層與非晶硅之間的接觸面積增大，非晶硅晶化初始階段，形核數(shù)目增加，結晶速率得到極大地提高，整個結晶過程在2至4小時。
圖1是本實用新型多晶硅薄膜的截面結構示意圖。圖中標號說明1_基板，2-過渡層，3-多晶硅薄膜層。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本實用新型做進一步說明。如圖1所示，本實用新型的多晶硅薄膜包括基板1和多晶硅薄膜層3，基板1與多晶硅薄膜層3之間具有與二者復合在一起的硅化鈦納米線與多晶硅薄膜共存的過渡層2。 進一步的，基板為氧化錫或氧化鋅的透明導電氧化物薄膜玻璃，或為不銹鋼板?；?的厚度為3-4mm。硅化鈦納米線包括納米線、納米釘、納米棒、納米線簇、火箭狀納米線中的至少一種形態(tài)。過渡層2的厚度為4-12nm。硅化鈦納米線為TiSi晶相或TiSi2晶相。實施例1 1)以氧化錫透明導電玻璃(F-SNO2)為基板1，采用化學氣相沉積法在基板1上沉積一層硅化鈦薄膜層和硅化鈦納米線復合結構，硅化鈦納米線為納米線、納米釘、納米棒、 納米線簇、呈TiSi晶相；2)采用13. 56MHZ的等離子體化學氣相沉積在步驟1)制得的硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構上沉積一層1 μ m的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜層于400°C下退火熱處理lh，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。實施例2:1)以氧化鋅透明導電玻璃(Ag-ZnO)為基板，采用化學氣相沉積法在基板1上沉積一層硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構，硅化鈦納米線包括納米線、納米釘、火箭狀納米線，呈TiSi晶相；2)采用13. 56MHZ的等離子體化學氣相沉積在步驟1)制得的硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構上沉積一層2 μ m的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜層于400°C下退火熱處理2h，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。實施例3 1)以氧化錫透明導電玻璃(F-SNO2)為基板，采用固相反應法在基板1上制備硅化鈦納米線，硅化鈦納米線包括納米釘、納米棒、納米線簇、火箭狀納米線，呈TiSi2晶相；2)采用磁控濺射法在步驟1)制得的硅化鈦納米線上沉積3μπι的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜于400°C下退火熱處理2h，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。實施例4 [0025]1)以氧化鋅透明導電玻璃(Ag-ZnO)為基板，采用固相反應法在基板1上制備硅化鈦納米線，硅化鈦納米線包括納米釘、納米棒、納米線簇，呈TiSi2晶相；2)采用磁控濺射法在步驟1)制得的硅化鈦納米線上沉積2μπι的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜于350°C下退火熱處理4h，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。實施例5 1)以不銹鋼為基板，采用化學氣相沉積法在基板1上沉積一層硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構，硅化鈦納米線包括納米線、納米釘、納米棒、納米線簇、火箭狀納米線，呈TiSi晶相；2)采用磁控濺射法在步驟1)制得的硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構上沉積2μπι的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜于330°C下退火熱處理4h，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。實施例6 1)以不銹鋼為基板，采用固相反應法在基板1上制備硅化鈦納米線，硅化鈦納米線為納米線，呈TiSi晶相；2)采用磁控濺射法在步驟1)制得的硅化鈦納米線上沉積3μπι的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜于350°C下退火熱處理4h，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。實施例7 1)以氧化錫透明導電玻璃(F-SNO2)為基板，采用化學氣相沉積法在基板1上沉積一層硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構，硅化鈦納米線為納米釘，呈TiSi2晶相；2)采用13. 56MHZ的等離子體化學氣相沉積在步驟1)制得的硅化鈦薄膜和硅化鈦納米線復合結構上沉積2 μ m的非晶硅薄膜層；3)將步驟2)制得的非晶硅薄膜于350°C下退火熱處理3h，使硅化鈦納米線誘導非晶硅薄膜層結晶成為大晶粒的多晶硅薄膜層，最終得到圖1所示的大晶粒多晶硅薄膜。經(jīng)試驗，本實用新型可在3-4mm厚的基板上沉積或者制備4-12nm厚的硅化鈦納米線層，再在硅化鈦納米線層上沉積l-3um厚的非晶硅薄膜層，最后在330-400°C的溫度范圍內退火熱處理l_4h均可達到本發(fā)明目的。
權利要求1.多晶硅薄膜，包括基板(1)和多晶硅薄膜層(3)，其特征是所述的基板(1)與多晶硅薄膜層(3)之間具有與二者復合在一起的硅化鈦納米線與多晶硅薄膜共存的過渡層 (2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的多晶硅薄膜，其特征是所述的基板(1)為氧化錫或氧化鋅的透明導電氧化物薄膜玻璃，或為不銹鋼板。
3.根據(jù)權利要求1所述的多晶硅薄膜，其特征是所述的基板(1)的厚度為3-4mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的多晶硅薄膜，其特征是所述的硅化鈦納米線包括納米線、納米釘、納米棒、納米線簇、火箭狀納米線中的至少一種形態(tài)。
5.根據(jù)權利要求1所述的多晶硅薄膜，其特征是所述過渡層(2)的厚度為4-12nm。
6.根據(jù)權利要求1所述的多晶硅薄膜，其特征是所述的硅化鈦納米線為TiSi晶相或 TiSi2晶相。
專利摘要本實用新型公開了一種用非晶硅低溫誘導制備的多晶硅薄膜，屬于薄膜太陽能電池技術領域，現(xiàn)有金屬誘導法結晶速率較慢，本實用新型是在基板上自下而上依次沉積硅化鈦納米線層和非晶硅薄膜層，由所述的硅化鈦納米線層誘導非晶硅薄膜層結晶成為多晶硅薄膜層，由此形成基板、硅化鈦納米線與多晶硅薄膜共存的過渡層、多晶硅薄膜層三層復合結構的多晶硅薄膜。本實用新型以硅化鈦納米線作為誘導劑，一方面，更容易誘導非晶硅薄膜晶化，晶化溫度更低；另一方面，硅化鈦納米線巨大的比表面積，使誘導層有非晶硅之間的接觸面積增大，非晶硅晶化初始階段，形核數(shù)目增加，結晶速率得到極大地提高，整個結晶過程在2至4小時。
文檔編號H01L31/0392GK202058744SQ20112013461
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者吳興坤, 李媛, 楊晗瓊, 郝芳 申請人:杭州天裕光能科技有限公司