等离子辅助反应热化学气相沉积法制备微晶硅锗薄膜

摘要

本发明涉及一种制备太阳能电池中吸收层薄膜的方法，特别是在低温下用等离子体辅助反应热化学气相淀积制备微晶硅锗薄膜的方法。薄膜微晶材料直接生长一般需要600摄氏度以上，不能使用玻璃等廉价衬底。我们采用一种称为等离子体辅助反应热化学气相淀积的微晶硅锗生长工艺，来实现低温直接生长，公开了一种等离子辅助反应热法制备微晶硅锗薄膜的技术方案，以制备窄带隙(Eg～1ev)、高稳定性的微晶硅锗材料，用Si2H6和GeF4之间的氧化还原反应把成膜温度降低到450℃，再借助等离子体的作用把成膜温度降低到250～350℃左右，成功实现在低温下制备出高质量的微晶硅锗薄膜。本发明的有益效果是：可以得到窄带隙、高稳定性的硅锗材料，可以有效提高太阳能电池的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备太阳能电池中吸收层薄膜的方法，特别是在低温下用等离子体辅助反应热化学气相淀积制备微晶硅锗薄膜的方法，是一种新的太阳能电池制备技术，属于新能源中薄膜太阳电池的技术领域。

背景技术

能源是一个国家能得以发展的动力。在化石能源日益趋于枯竭的时代，新型可替代能源的研究，将是能使国民经济持续发展的保障和显示国力的标志。本发明涉及一种新型材料的硅基薄膜太阳能电池以及该电池新的制备工艺，可以拓展太阳能电池的光谱响应范围同时提高电池的光电转换效率和稳定性，降低成本，属于新能源中薄膜太阳电池的技术领域。

纵观太阳能电池所利用的对象— —太阳光的光谱，它在可见光部分能量只有不到50％。要想提高电池的效率，把其光谱响应延伸到1.1微米以下是非常重要的，因为这包括了太阳光90％以上的能量。锗是一种带隙在0.66ev的窄带隙半导体材料，它的独自的成膜方式很困难，但是它与硅构成的薄膜合金材料，却有着大幅度向窄带隙方向调制的作用。利用薄膜中锗的含量来提高硅基薄膜太阳能的吸收效率，极有可能成为太阳能电池效率提高的有效方法。

但是薄膜微晶材料直接生长一般需要600摄氏度以上，不能使用玻璃等廉价衬底。这是薄膜微晶硅太阳能电池难以快速发展的一个重要因素。锗本身比硅的熔点低，锗掺杂可以降低微晶材料的温度。即使这样如果使用硅烷和锗烷作原料生长微晶硅锗温度也在550摄氏度左右，是普通玻璃难以承受的。在这里我们采用一种称为等离子体辅助反应热化学气相淀积的微晶硅锗生长工艺，来实现微晶硅锗材料的低温直接生长，从而可以用廉价的玻璃等材料作为衬底。此工艺如果能够成功应用到太阳电池的生产，必将大大降低太阳能电池的成本。

硅锗材料具有比硅材料更好的优势，在硅中加入锗有两个好处。第一是可以增加吸收效率，因为锗的吸收系数比硅要高1-2个数量级。第二是可以扩展吸收光谱的范围。因为锗材料带隙低，在硅材料中加入锗可以自由调节材料的带隙宽度，使之能够达到太阳电池所需要的光谱响应范围。我们知道，非晶硅的带隙在1.8eV左右，可吸收波长小于0.7微米的太阳光。根据非晶硅太阳电池国家标准所给的数据可知，小于此波长下的太阳通量仅为全部光谱的50％左右。如果把材料的带隙降到1eV左右的话，就可以吸收将近90％的太阳光。微晶硅材料带隙远小于非晶硅，但是，硅材料的理论最低带隙也只有1.1eV，不论怎么调节工艺也不可能把微晶带隙降低到比单晶硅还要低的程度。而硅锗材料的带隙可以做到1.1eV-0.66eV，几乎可以吸收全部的光谱。因此使用硅锗材料可大大提高太阳电池的效率。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明公开了一种等离子辅助反应热化学气相沉积法制备微晶硅锗薄膜的技术方案，以制备窄带隙(Eg～1ev)、高稳定性的微晶硅锗材料，同时提高太阳电池的光谱响应范围和稳定性，提高太阳能电池的转化效率，降低生产制造成本。

本发明的技术方案：这种等离子辅助反应热化学气相沉积法制备微晶硅锗薄膜的方法，其特点在于它包括下述3个步骤：

1)将带有T的玻璃衬底G放在真空室内，本底真空高于2×10^-4Pa；

2)采用等离子辅助反应热化学气相沉积方法沉积微晶硅锗薄膜，所用辉光激励频率为：13.56MHz-100MHz；

3)向反应室通入反应气体为：乙硅烷、10％稀释于氦气的氟化锗、氢气，薄膜反应沉积参数如下：

反应气体压强60Pa-180Pa以上；

辉光功率密度：200毫瓦-600毫瓦；

衬底表面温度：200℃-350℃；

氢稀释乙硅烷浓度： $>>SC>=>>>>Si>2>>>H>6>>>>>Si>2>>>H>6>>+>>H>2>>>>\times >100>\%>\le >5>\%>;>$>