CN102330067A - 柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法 - Google Patents
柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102330067A CN102330067A CN201110283647A CN201110283647A CN102330067A CN 102330067 A CN102330067 A CN 102330067A CN 201110283647 A CN201110283647 A CN 201110283647A CN 201110283647 A CN201110283647 A CN 201110283647A CN 102330067 A CN102330067 A CN 102330067A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flexible substrate
- microcrystalline silicon
- hot wire
- silicon film
- vhf
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 18
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 11
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 2-[(E)-N-[2-(4-chlorophenoxy)propoxy]-C-propylcarbonimidoyl]-3-hydroxy-5-(thian-3-yl)cyclohex-2-en-1-one Chemical compound CCC\C(=N/OCC(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1)C1=C(O)CC(CC1=O)C1CCCSC1 KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 108091092878 Microsatellite Proteins 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
一种柔性基底微晶硅薄膜快速、均匀制备的方法，具体步骤：(1)将柔性基底置于真空腔室内；(2)所述柔性基底通过辉光等离子体清洗活化提高镀制膜层的附着力；(3)采用热丝辅助甚高频等离子增强化学气相沉积方法沉积微晶硅薄膜。本发明创新性地采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法，在低温下实现柔性基底高质量、高沉积速率、均匀性好的微晶硅薄膜的制备。应用于薄膜太阳电池，可以有效地提高电池稳定性和效率。柔性微晶硅薄膜太阳电池具备高质量比功率、轻质、可弯曲、不易损坏等显著特点，在平流层飞艇、无人机、微小卫星、深空探测卫星、空间电站以及地面军事智能化装备等方面具有非常广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及柔性基底高质量微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法，属于表面工程技术领域。
背景技术
随着空间、近空间飞行器、无人机以及地面军事智能化装备的发展，其能源供给系统对太阳电池提出了诸多新的要求，如：轻质、高效、强的抗辐射能力等，大面积高效柔性薄膜太阳电池可以很好地满足上述需求。
以聚酰亚胺为基体的柔性非晶硅太阳电池已成为航天器用太阳电池系统的研究热点，同时柔性非晶硅太阳电池作为低成本大功率能源，在平流层飞艇上是目前唯一的选择，并将在某些空间领域取代单晶硅太阳电池，尤其是在科学家正在研究和探索的空间太阳能发电站的竞争中将占有重要地位。
尽管基于聚酰亚胺基底的非晶硅薄膜太阳电池的预期结果具有如此令人鼓舞的优势，但由于非晶硅材料本身的光致衰退现象(SW效应)制约着它的进一步发展。微晶硅薄膜克服了光致衰退问题，被认为是最有应用前景的材料之一。然而，目前广泛采用的微晶硅薄膜制备方法—射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）与柔性基体的工艺结合出现的缺点非常明显：
第一，由于聚酰亚胺基底耐高温性能相对玻璃和不锈钢等常用材料而言较差，所以一般选择在更低的温度下用RF-PECVD技术生长微晶硅薄膜，但沉积的微晶硅薄膜的结构完整性较差，复合中心密度过高，造成制备的柔性微晶硅薄膜太阳电池的光电转化效率还很低，难以满足空间飞行器对薄膜太阳电池使用要求；
第二，为了弥补结构完整性差的问题，尽量采用大的氢流量稀释以获得较低的缺陷密度，往往造成沉积速率过低，同时，RF-PECVD技术本身不太适合于沉积晶化硅薄膜。
为了提高微晶硅薄膜的质量和制备效率，目前多采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）和热丝化学气相沉积（HW-CVD）方法。但是， VHF-PECVD无法满足幅宽上的均匀性要求，而HW-CVD制备的薄膜含孔洞数量偏多，电池效率不高。因此，急需开发一种新的制备方法，在低温下实现柔性基底高质量、高沉积速率、均匀性好的微晶硅薄膜的制备。
发明内容
为克服现有技术中低温下沉积薄膜结构完整性差和沉积速率低的问题，本发明采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法，在低温下实现柔性基底高质量、高沉积速率、均匀性好的微晶硅薄膜的制备，大大提高薄膜太阳电池的稳定性和效率，降低电池制备成本。
为此，所采用的技术方案是：一种柔性基底微晶硅薄膜快速、均匀制备的方法，采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法沉积微晶硅薄膜，达到柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备，具体实现步骤如下：
(1) 将柔性基底置于真空腔室内，本底真空高于10-5Torr；
(2) 所述柔性基底通过辉光等离子体清洗活化提高镀制膜层的附着力；
(3) 采用热丝辅助甚高频等离子增强化学气相沉积方法沉积微晶硅薄膜，热丝置于甚高频源和样品台之间，热丝与样品台距离在5～30mm，热丝温度变化范围设定在1300～2000oC，所述柔性基底无额外加热系统，所用反应气体为：硅烷和氢气，反应气体压强40～200Pa；辉光功率：20～60W；氢气稀释硅烷浓度SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))＝1～15％；辉光激励频率：40～100MHz。
本发明针对低温沉积的微晶硅薄膜结构完整性差和沉积速率低的问题，结合甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）和热丝化学气相沉积（HW-CVD）两项技术的优势，创新性地采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法，可以使反应气体高度分解，调节工艺参数，可以达到薄膜结构的可控生长，实现低温下柔性基底高质量、高沉积速率、均匀性好的微晶硅薄膜的制备。应用于薄膜太阳电池，可以有效地提高电池稳定性和效率。柔性微晶硅薄膜太阳电池具备高质量比功率、轻质、可弯曲、不易损坏等显著特点，在平流层飞艇、无人机、微小卫星、深空探测卫星、空间电站以及地面军事智能化装备等方面具有非常广泛的应用前景。
本发明工艺方法简单、生产成本低、可以在塑料基底上实现高质量微晶硅薄膜的快速沉积，配以相应的柔性衬底卷绕设备，即可实现连续化沉积，替代现有微晶硅制备工艺。
附图说明
图1为本发明工艺装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，一种柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法，采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法在柔性基底上高速沉积微晶硅薄膜，沉积系统中甚高频输入端类似于电容耦合射频等离子体CVD系统，电极屏蔽并通水冷却，热丝4位于甚高频功率极和样品台6之间，样品台6距离甚高频功率极约50mm，调节辅助热丝与样品台6之间的距离为5～30mm ，优选10mm。柔性基底以聚酰亚胺为例。
将25μm厚柔性聚酰亚胺基底5置于样品台6上，用机械泵和分子泵组成的真空系统7抽真空，使真空室本底真空优于10-5Torr。
关掉分子泵，通入氢气，氢气流量为20～60sccm，调节真空阀开口，使真空室真空度为100Pa。打开甚高频电源，选用70MHz的激发频率，调节功率为20～60W，更进一步可为30～60W，产生氢等离子体对聚酰亚胺基底6进行有效清洗活化。
通入SiH4（H2稀释20%），流量5～25sccm，氢气稀释硅烷浓度SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))＝1～15％，进一步可为SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))＝1～5％；调节质量流量计，使SiH4和H2总流量控制在100 sccm；辉光激励频率：40～100MHz。调节真空阀开口，使工作气压在40~200Pa之间变化。所述柔性基底处于自然升温状态，无额外加热系统。打开甚高频电源2，通过加在热丝5上的直流电源8控制热丝的温度，热丝5的温度由红外测温仪测得，温度控制在1300～2000oC。 此步骤中工作气压可优选50～180Pa，辉光激励频率优选60～90MHz，热丝温度进一步在1500～2000oC。
图1中1为甚高频源2的匹配器， 3为通入真空室的反应气体。
Claims (1)
1.一种柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法，其特征在于，采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法沉积微晶硅薄膜，达到柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备，具体实现步骤如下：
(1) 将柔性基底置于真空腔室内，本底真空高于10-5Torr；
(2) 所述柔性基底通过辉光等离子体清洗活化提高镀制膜层的附着力；
(3) 采用热丝辅助甚高频等离子增强化学气相沉积方法沉积微晶硅薄膜，热丝置于甚高频源和样品台之间，热丝与样品台距离在5～30mm，热丝温度变化范围设定在1300～2000oC，所述柔性基底无额外加热系统，所用反应气体为：硅烷和氢气，反应气体压强40～200Pa；辉光功率：20～60W；氢气稀释硅烷浓度SC＝([SiH4]/([SiH4]+[H2]))＝2～15％；辉光激励频率：40～100MHz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110283647A CN102330067A (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110283647A CN102330067A (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102330067A true CN102330067A (zh) | 2012-01-25 |
Family
ID=45482026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110283647A Pending CN102330067A (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102330067A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103668104A (zh) * | 2012-09-24 | 2014-03-26 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 用离子液体作衬底的热丝化学气相沉积制备硅薄膜的方法 |
| CN104099585A (zh) * | 2013-04-09 | 2014-10-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种等离子体-热丝-偏压结合制备硅薄膜的装置及方法 |
| CN108928479A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-04 | 山东浩坤安全技术咨询有限公司 | 一种带太阳能充电的旋翼无人机 |
| CN113224229A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-08-06 | 苏州窄带半导体科技有限公司 | 柔性基底高功率密度热电转换芯片的制备方法 |
| CN114951998A (zh) * | 2022-06-05 | 2022-08-30 | 江苏师范大学 | 一种采用激光焊接制备柔性忆阻器的方法 |
| CN115466939A (zh) * | 2022-10-10 | 2022-12-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种光调制化学气相沉积装置以及利用其调制薄膜生长温度的方法 |
| CN116864580A (zh) * | 2023-09-05 | 2023-10-10 | 眉山琏升光伏科技有限公司 | 一种制备太阳能电池微晶硅膜层的工艺及设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1438358A (zh) * | 2003-02-13 | 2003-08-27 | 南开大学 | 一种高速生长硅基薄膜的低成本技术 |
| CN101000867A (zh) * | 2006-01-14 | 2007-07-18 | 清华大学 | 硅线的制备方法 |
| CN101257056A (zh) * | 2008-04-07 | 2008-09-03 | 南开大学 | 柔性衬底硅基薄膜太阳电池 |
| US20100326520A1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Auria Solar Co., Ltd. | Thin film solar cell and manufacturing method thereof |
| EP2302697A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-30 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Solar cell and its production process |
-
2011
- 2011-09-22 CN CN201110283647A patent/CN102330067A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1438358A (zh) * | 2003-02-13 | 2003-08-27 | 南开大学 | 一种高速生长硅基薄膜的低成本技术 |
| CN101000867A (zh) * | 2006-01-14 | 2007-07-18 | 清华大学 | 硅线的制备方法 |
| CN101257056A (zh) * | 2008-04-07 | 2008-09-03 | 南开大学 | 柔性衬底硅基薄膜太阳电池 |
| US20100326520A1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Auria Solar Co., Ltd. | Thin film solar cell and manufacturing method thereof |
| EP2302697A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-30 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Solar cell and its production process |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103668104A (zh) * | 2012-09-24 | 2014-03-26 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 用离子液体作衬底的热丝化学气相沉积制备硅薄膜的方法 |
| CN103668104B (zh) * | 2012-09-24 | 2016-05-25 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 用离子液体作衬底的热丝化学气相沉积制备硅薄膜的方法 |
| CN104099585A (zh) * | 2013-04-09 | 2014-10-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种等离子体-热丝-偏压结合制备硅薄膜的装置及方法 |
| CN108928479A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-04 | 山东浩坤安全技术咨询有限公司 | 一种带太阳能充电的旋翼无人机 |
| CN113224229A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-08-06 | 苏州窄带半导体科技有限公司 | 柔性基底高功率密度热电转换芯片的制备方法 |
| CN114951998A (zh) * | 2022-06-05 | 2022-08-30 | 江苏师范大学 | 一种采用激光焊接制备柔性忆阻器的方法 |
| CN115466939A (zh) * | 2022-10-10 | 2022-12-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种光调制化学气相沉积装置以及利用其调制薄膜生长温度的方法 |
| CN116864580A (zh) * | 2023-09-05 | 2023-10-10 | 眉山琏升光伏科技有限公司 | 一种制备太阳能电池微晶硅膜层的工艺及设备 |
| CN116864580B (zh) * | 2023-09-05 | 2023-12-01 | 眉山琏升光伏科技有限公司 | 一种制备太阳能电池微晶硅膜层的工艺及设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102330067A (zh) | 柔性基底微晶硅薄膜的快速、均匀制备方法 | |
| TW200810138A (en) | Methods and apparatus for depositing a microcrystalline silicon film for photovoltaic device | |
| CN102583331B (zh) | 基于Ni膜辅助退火和Cl2反应的大面积石墨烯制备方法 | |
| CN105957970A (zh) | 一种大尺寸单晶钙钛矿薄膜的制备方法 | |
| CN103646972B (zh) | 一种tco薄膜及其制备方法 | |
| CN102420272B (zh) | 一种太阳能电池钝化层分层镀膜装置 | |
| JP2010263248A (ja) | 薄膜電池とその加工処理 | |
| CN102856174B (zh) | 氮化硅的膜制备方法、具有氮化硅膜的太阳能电池片及其制备方法 | |
| CN102084459A (zh) | 利用等离子内侧气相沉积的多结硅薄膜太阳能电池 | |
| CN102583329A (zh) | 基于Cu膜辅助退火和Cl2反应的大面积石墨烯制备方法 | |
| CN102522447A (zh) | 一种吸收层具有带隙梯度结构的微晶硅锗薄膜太阳电池 | |
| CN110106493B (zh) | 利用管式pecvd设备制备背面钝化膜的方法 | |
| CN105977342A (zh) | 一种多晶硅背钝化电池背面原子层沉积制备氧化铝薄膜退火合成工艺 | |
| CN110416071A (zh) | 一种晶体硅太阳能电池的硅基薄膜镀膜方法 | |
| CN101845620B (zh) | 脉冲加热多匣式化学气相沉积p-i-n镀膜装置 | |
| CN102041552A (zh) | 一种制备多晶硅薄膜的方法 | |
| CN101800268A (zh) | 一种改进非晶硅太阳电池性能的方法 | |
| CN107623052A (zh) | 一种太阳能电池片钝化用Al2O3镀膜系统和方法 | |
| CN101550544B (zh) | 一种改善高速沉积微晶硅材料中非晶孵化层的方法 | |
| CN103346194A (zh) | 一种铜铟镓硒太阳电池器件及其制备方法 | |
| CN101660132B (zh) | 一种磁控溅射制备氢化硅碳薄膜的方法 | |
| CN105140339B (zh) | 金刚石保护层结构的柔性衬底薄膜太阳能电池及制备方法 | |
| CN202373592U (zh) | 提高晶体硅太阳能电池转换效率的多层膜结构 | |
| CN110408891B (zh) | 一种叠层蒸发源装置 | |
| CN103296092A (zh) | 一种铜铟镓硒太阳电池器件及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120125 |