多晶硅薄膜的制备方法.pdf

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1、多晶硅薄膜的制备方法胡志鹏为了减少材料浪费、降低成本，单晶硅和多晶硅太阳能电池都在朝薄型化发展。目前晶体硅薄膜电池的晶粒大小从纳晶直到毫米级，光伏界将它们统称为多晶硅薄膜太阳能电池。为了减少材料浪费、降低成本，单晶硅和多晶硅太稀释后的气源来制备多晶硅薄膜，而用纯硅烷来制备非阳能电池都在朝薄型化发展。目前晶体硅薄膜电池的晶晶硅薄膜。然而，电子束蒸发法(EBE)也有它独特的优粒大小从纳晶直到毫米级，光伏界将它们统称为多晶硅点:相比气相沉积法使用气源，以固体硅材料作为原料的薄膜太阳能电池。由于多晶硅薄膜生产成本低、效率稳EBE可以有更高的原料利用率。此外，为了获得更高

2、质定性好、光电转换效率高，近年来随着人们在陷光技量的多晶硅薄膜，还可以通过两步法(TwoStepsProcess)术、钝化技术以及载流子束缚等技术方面不断取得进来制备多晶硅薄膜，即:先用CVD或者电子束蒸发(EBE)展，多晶硅薄膜电池的研究日益受到人们的重视，未来法制得非晶硅薄膜，再经固相晶化法(SPC)或者快速热处将成为太阳能电池的主要竞争者。在研究怎样把硅片切理法(RTP)等进一步制得多晶硅薄膜。薄的同时，人们加大了对多晶硅薄膜电池的研究。制备多晶硅薄膜的方法有很多种，其中化学气相一、化学气相沉积法沉积法(CVD)是制备多晶硅薄膜最广泛使用的方法。在1.等离

3、子体增强化学气相沉积(PECVD)法这种方法中，气源——例如硅烷(SiH4)可以在等离子体等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)是化学气相(PECVD)、催化作用(Hot-WireCVD)等方法中有几种不沉积方法的一种，是在低压化学气相沉积的同时，利用同的可行性分解过程。分解后的物质在经过一系列的气辉光放电等离子体对过程施加影响，利用PECVD技术可相反应后抵达衬底并沉积生长。在多数情况下，用氢气以在非硅衬底上制备晶粒较小的多晶硅薄膜。2009.12.DQGY53S光伏发电技术专题PECIALREPORTSONPHOTOVOLTAICPOWERGENERATI

4、ONTECHNOLOGY在用等离子体增强化学气相沉积方法来制备多晶硅此最容易扩散到基板板面而沉积成膜。薄膜的过程中，目前都是通入SiH4和H2两者的混合气体而薄膜的沉积过程又包含了两个过程，即基团的沉作为气源，如若仅仅引入纯SiH4气体，PECVD在衬底上积过程与分子或者原子在薄膜表面的解吸过程。在生长面沉积而得的薄膜都是非晶硅薄膜。在多晶硅薄膜的沉表面发生的可能反应有:生长表面的脱H，SiH3基团与生积过程中，通过射频辉光放电法(RadioFrequencyGlow长表面的Si悬挂键键合形成Si-Si键；Si-Si键的键合使薄Discharge)分解硅烷，在射

5、频功率的作用下，硅烷气体被膜生长。由于氢原子的存在，SiH3到达生长表面后并没分解成多种新的粒子:原子、自由基团以及各种离子等等有Si悬挂键与之键合，而SiH3基团将会继续扩散迁移。离子体。这些新的粒子通过迁移、脱氢等一系列复杂的因此脱H过程是薄膜生一长过程的一个重要阶段。而H可过程后沉积于基板。总体来说多晶硅薄膜的沉积过程可以通过热激发而以原子或者分子H2的形式自发地从表面以分为两个步骤:即SiH4气体的分解以及基团的沉积。而释放，也可以通过与表面的基团或者离子发生反应而释SiH4气体的分解又分为两个阶段:首先，在辉光放电下，放，比如:高能电子与SiH4气体碰

6、撞，使SiH4发生分解。反应中沉积过程的微观过程如图1所示。其中≡Si-表示在表面与薄膜键合成网络结构的Si原子。以上是以纯硅烷和氢气为反应气源的使用等离子体增强化学气相沉积方法沉积多晶硅薄膜的生长机制分析。在整个反应过程中，只有当SiH4超过一定浓度达到临界值时才能产生呈多种多面体状的Si颗粒，这些细Si颗图1PECVD过程中的微观过程粒将均匀成核，然后细Si核吸附SiH4产生表面反应，颗粒其主要反应式如下所示:进一步长大，薄膜则进一步生长。2.甚高频等离子体增强化学气相沉积系统(VHF-PECVD)采用常规的射频等离子体增强化学气相沉积(RF-同时，由于在一

7、般的沉积气压下，气体分子与基团PECVD)技术制备多晶硅薄膜时，为了实现低温沉积，的自由程约为10-3~10-2cm，远小于反应室的尺寸，在必须使用高氢稀释硅烷作为反应气体，因此沉积速率有它们向基板扩散过程中，它们之间由于相互碰撞而发生限，难以满足实际应用。作为提高多晶硅薄膜沉积速率进一步反应，主要反应式如下所示:的有效手段之一，甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术在多晶硅薄膜材料的制备与应用研究中得到了非常广泛的应用。其中各基团的浓度可以用如下的扩散方程来表示:VHF-PECVD沉积技术之所以能够大幅度地提高多晶硅薄膜的沉积速率，主要是因为

8、VHF激发的等离子体χ较