多晶硅薄膜ppt课件.ppt

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1、第十章多晶硅薄膜虽然经历三十年的努力，非晶硅薄膜太阳电池的效率有了明显提高，并在工业界广泛应用。但是，与晶体硅相比，非晶硅薄膜的掺杂效率较低，太阳电池的光电转换效率也较低，而且光致衰减问题一直没有很好的解决。因此，非晶硅薄膜太阳电池主要应用于计算器、玩具、手表等室内电器上。人们一直试图寻找一种既具有晶体硅的优点，又能克服非晶硅弱点的太阳电池，多晶硅薄膜就是这样一种重要的新型薄膜材料。多晶硅薄膜既具有晶体硅的电学特性，又具有非晶硅薄膜成本低、设备简单且可以大面积制备等优点，因此，多晶硅薄膜不仅在集成电路和液晶显示领域已经有广泛应用，而且在太阳能光电转换方面，人们也做

2、了大量研究，寄予了极大的希望。所谓的多晶硅（poly-Si）薄膜材料是指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅薄膜。①微晶硅薄膜（μc-Si）：晶粒大小在10-30nm左右；②纳米硅（nc-Si）：晶粒大小在10nm左右。部分小晶粒多晶硅薄膜分类-晶粒大小①晶粒较大，完全由多晶硅颗粒组成；②由部分晶化、晶粒细小的多晶硅镶嵌在非晶硅中组成。多晶硅薄膜分类这些多晶硅薄膜单独或与非晶硅组成，构成了多种新型的硅薄膜太阳电池，具有潜在的应用。如利用微晶硅单电池替代价格昂贵的锗烷制备的a-SiGe:H薄膜太阳电池作为底电池，它可以吸

3、收红光，结合作为顶电池的可以吸收蓝光、绿光的非晶硅电池，可以大大改善层叠电池的效率。①通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制备；②首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。多晶硅薄膜主要的制备途径无论是哪种途径，制备的多晶硅薄膜应该具有晶粒大、晶界缺陷少等性质。①如何在廉价的衬底上，能够高速、高质量地生长多晶硅薄膜；②多晶硅薄膜温度尽量要低，以便选用低价优质的衬底材料；③多晶硅薄膜电学性能的高可控性和高重复性。在多晶硅薄膜研究中，目前人们主要关注的问题本章首先介绍多晶硅薄膜的材料特点，然后阐述化学

4、气相沉积直接制备多晶硅薄膜的技术和材料等特点，包括等离子增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积等技术，阐述了通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等技术晶化非晶硅薄膜的技术和材料性能。10.1多晶硅薄膜的基本性质10.2化学气相沉积制备多晶硅薄膜10.3非晶硅晶化制备多晶硅薄膜10.1多晶硅薄膜的基本性质多晶硅（polycrystallinesilicon）薄膜是指生长在不同非硅衬底材料上的晶体硅薄膜，它是由众多大小不一且晶向不同的细小硅晶粒组成，晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米。它与铸造多晶硅材料相似，具有晶体硅的基本性质；同时，它又具备非晶硅薄膜的低成本、制备简单

5、和大面积制备等优点。10.1.1多晶硅薄膜的特点由于多晶硅薄膜具有与单晶硅相同的电学性能，在20世纪70年代，人们利用它代替金属铝作为MOS场效应晶体管的栅极材料，后来又作为绝缘隔离、发射极材料，在集成电路工艺中大量应用。人们还发现，大晶粒的多晶硅薄膜具有与单晶硅相似的高迁移率，可以做成大面积、具有快速响应的场效应薄膜晶体管、传感器等光电器件，于是多晶硅薄膜在大阵列液晶显示领域也广泛应用。多晶硅薄膜的应用20世纪80年代以来，在非晶硅的基础上，研究者希望开发既具有晶体硅的性能，又具有非晶硅的大面积、低成本优点的新型太阳能光电材料；多晶硅薄膜不仅对长波光线具有高敏性

6、，而且对可见光有很高的吸收系数（见图10.1）；同时也具有与晶体硅相同的光稳定性，不会产生非晶硅的光致衰减效应；进一步地，多晶硅薄膜与非晶硅一样，具有低沉本、大面积和制备简单的优势。M.Wolf等在1980年首先提出了薄膜多晶硅制备太阳电池的思路，他指出，随着电池厚底的减小，开路电压提高。而且有研究证明，电池厚度降低至30μm左右，电池表面的复合速率将会降低；如果多晶硅薄膜衬底表面具有类似“绒面”的结构，还能使光线在薄膜内多次反射，增加光的吸收，达到改善薄膜太阳电池效率的目的。因此，多晶硅薄膜被认为是理想的新一代太阳能光电材料。10.1.2多晶硅薄膜的制备技术凡是

7、制备固态薄膜的，如真空蒸发、溅射、电化学沉积、化学气相沉积、液相外延和分子束外延等，都可以用来制备多晶硅薄膜。液相外延式其中一种重要的制备多晶硅薄膜的技术。液相外延（LiquidPhaseEpitaxy，LPE）制备多晶硅薄膜是指将衬底浸入低熔点的硅的金属合金（如Cu、Al、Sn、In等）熔体中，通过降低温度时硅合金在合金熔体中处于过饱和状态，然后作为第二相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。合金熔体的温度一般为800-1000℃，薄膜的沉积速率为每分钟数微秒到每小时数微秒。液相外延技术制备多晶硅薄膜①液相外延生长用的衬底一般是硅材料。液相外延制备多晶硅薄膜时生长速率慢

8、，因此薄膜