公司动态

　　微(多)晶硅薄膜太阳电池是怎样的呢
　　现有的非晶硅薄膜太阳电池的光致不稳定性是由非晶硅材料的微结构的亚稳态属性所决定的, 因此也是不易完全克服的. 为了提高效率及其稳定性,新疆太阳能厂家了解到近年来又出现了微晶硅(μc-Si) 薄膜电池和多晶硅 (poly-Si) 薄膜电池. 实验证明用微晶硅和多晶硅薄膜来替代非晶硅薄膜制作太阳电池的有源层, 在长期强光照射下没有任何衰退现象. 因此发展晶化的硅薄膜太阳电池是实现高稳定、高效率、低成本Z有前途的方法. 目前研究的焦点是如何利用低成本工艺技术, 获得大面积优质的晶体硅薄膜, 以及新型薄膜电池结构的优化设计. 制备晶体硅薄膜的技术很多, 基本可分成两大类, 一类是高温技术, 温度高于600℃, 另一类是低温晶化技术, 温度低于600℃ . 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有:
　　（1）低压化学气相沉积(LPCVD)
　　这是一种直接生成多晶硅的方法。 LPCVD是集成电路中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英玻璃作衬底。
　　该法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大，使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。
　　（2）固相晶化(SPC)
　　所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在 600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在 700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此， SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高 SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于 600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不宜用玻璃为基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。
　　（3）准分子激光晶化(ELA)
　　激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃. 可以采用玻璃基板作为衬底，其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。
　　ELA法制备的多晶硅薄膜晶粒大、空间选择性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、迁移率高达到 400cm2/v.s，是目前综合性能Z好的低温多晶硅薄膜。工艺成熟度高，已有大型的生产线设备，但它也有自身的缺点，晶粒尺寸对激光功率敏感，大面积均匀性较差。重复性差、设备成本高，维护复杂.
　　（4）快速热退火（RTA）
　　一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。Z后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火处理。平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6～15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大(23～46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米硅晶粒大小。
　　RTA退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。
　　（5）等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）
　　通过加大氢气稀释和微量掺硼可以获得微晶硅薄膜.这种工艺技术与非晶硅薄膜的制造技术相同,属低温工艺,便于大面积生产,因而受到普遍重视. 目前用这种技术制备的太阳能电池效率已达到8.5%. 该技术的缺点是薄膜生长速率较低(约1à/S), 不利于降低制造成本. 当前提高微晶硅生长速率的方法主要是增加等离子体的激发频率, 如用超高频技术(UHF)可使微晶硅生长速率提高到10à/S, 并已获得7.2%的电池效率. 不过这种微晶薄膜的晶粒尺寸太小,一般不超过50nm, 晶内缺陷多, 晶界也多.
　　对于采用 PECVD技术制备多晶体硅薄膜的晶化过程,目前有两种主要的观点：一种认为是活性粒子先吸附到衬底表面,再发生各种迁移、反应、解离等表面过程, 从而形成晶相结构.因此,衬底的表面状态对薄膜的晶化起到非常重要的作用；另一种认为是空间气相反应对薄膜的低温晶化起到更为重要的作用, 即具有晶相结构的颗粒首先在空间等离子体区形成, 而后再扩散到衬底表面长大成多晶膜。
　　（6）金属横向诱导法(MILC)
　　20世纪90年代初发现a-Si中加入一些金属如Al，Cu，Au，Ag，Ni等沉积在a-Si∶H上或离子注入到a-Si∶H薄膜的内部，能够降低a-Si向p-Si转变的相变能量.之后对Ni/a-Si:H进行退火处理以使a-Si薄膜晶化，晶化温度可低于500℃。但由于存在金属污染未能在薄膜晶体管(TFT)中应用。随后发现Ni横向诱导晶化可以避免孪晶产生，镍硅化合物的晶格常数与单晶硅相近、低互溶性和适当的相变能量，使用镍金属诱导a-Si薄膜的方法得到了横向结晶的多晶硅薄膜。横向结晶的多晶硅薄膜的表面平滑，具有长晶粒和连续晶界的特征，晶界势垒高度低于SPC多晶硅的晶界势垒高度，因此，MILC TFT具有优良的性能而且不必要进行氢化处理。
　　该法制备多晶硅薄膜具有均匀性高、成本低, 生长温度在500℃等特点。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且随着热处理时间的增长, 速率会降低。有人采用MILC和光脉冲辐射相结合的方法，实现了 a-Si薄膜在低温环境下快速横向晶化，得到高迁移率、低金属污染的多晶硅带。
　　（7）其他方法
　　除了上述几种制备多晶硅薄膜的主要方法外，还有超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)、电子束蒸发等。用UHV/CVD生长多晶硅，当生长温度低于550℃时能生成高质量细颗粒多晶硅薄膜，不用再结晶处理，这是传统CVD做不到的，因此该法很适用于低温多晶硅薄膜晶体管制备。另外，日立公司研究指出，多晶硅还可用电子束蒸发来实现，温度低于 530℃。因此，我们相信随着上述几种多晶硅制备方法的日益成熟和新的制备方法的出现，多晶硅技术的发展必将跨上一个新的台阶，从而推动整个半导体产业和相关行业的发展。
　　总的来说,高温技术晶化的材料具有较大的晶粒尺寸,用这种材料制备的电池效率在10%以上.其缺点是能耗高、工艺复杂,衬底材料成本高. 低温晶化技术制备的薄膜晶粒尺寸小, 电池效率也低, 但其Z大的优点是便于采用玻璃等廉价材料作衬底,工艺较简单,能耗低. 如将微晶硅薄膜或多晶硅薄膜作为窄带隙材料与非晶硅薄膜组成叠层电池结构, 则可更充分地利用太阳光谱. 因微晶硅薄膜和多晶硅薄膜比非晶硅锗(a-SiGe)具有更窄的带隙(1.12eV),用a-Si/μc-Si和a-Si/poly-Si叠层结构代替a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层结构,可将太阳电池光谱响应的长波限从目前的0.9μm扩展到 1.1μm, 这样可提高10% 的太阳能的利用率. 目前非晶硅和微晶硅叠层太阳电池的稳定效率已达12%. 理论上a-Si/poly-Si叠层电池的效率可达28%. Kaneka公司设计的STAR结构的多晶硅薄膜电池, 效率已达10.7%, 且无光致衰退现象; 另一种SOI结构的多晶硅薄膜电池10cmχ10cm, 获得了14.22%的效率, H.Morikawa 等制出了效率为16% 的多晶硅太阳电池. 理论和实验均表明多晶硅太阳电池很可能成为21世纪Z有前途的一种薄膜太阳电池.大面积多(微)晶硅薄膜的获得及与非晶硅的较佳优化设计,将使硅基薄膜太阳电池性质跃上新的台阶.
　　看完这篇文章，你对问题解决了吗？你有学到东西吗？如果你觉得这篇文章写的不错，欢迎关注我们的网站，我们会在网站里定期的更新一些新疆太阳能工程的相关知识，供大家浏览阅读。谢谢你对这篇文章的浏览阅读。