氢化非晶硅薄膜制备方法与流程

本发明涉及再生能源技术领域，尤其涉及一种氢化非晶硅薄膜制备方法。

背景技术：

随着经济全球一体化，中国的经济和工业得到迅猛发展，对于能源的需求急剧增加，中国乃至全球都面临着能源危机，发展无污染、可再生、低成本的新能源已经成为当今世界能源发展的必然趋势和主流。太阳能是将太阳光的能量转化为电能，太阳能光伏发电被认为是解决全球能源危机的有效途径，也是未来能源生产的重要组成部分。

目前，国际上基于氢化非晶硅(a-si:h)薄膜的非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池(hetero-junctionwithintrinsicthin-layer，以下简称hit)的光电转换效率已高达26.6％，且由于hit电池具备低成本、低温工艺、高稳定性、高转换效率、高开路电压、良好的钝化效果、优秀的温度特性等优势，在光伏电池产业领域有着广大的前景。但是，国内研究机构制备的hit电池的转换效率普遍较低。

a-si:h薄膜作为hit太阳电池核心薄层，本质作用是钝化单晶硅表面的悬挂键，从而降低界面区域的缺陷态密度，其性能是影响hit电池高性能的关键性因素之一。

对于a-si:h薄膜的退火研究发现，短程氢扩散产生的附加h原子可以很好地与界面处的不饱和si键结合，降低界面缺陷态密度，从而提高少数载流子寿命。但是，h原子长距离扩散，将产生新的复合中心，降低光电转换效率，所以，虽然现有制备a-si:h薄膜的工艺中，会对a-si:h薄膜进行退火处理，对a-si:h薄膜的钝化效果却并无显著的改善。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种氢化非晶硅薄膜制备方法，有效解决了现有技术中对a-si:h薄膜的钝化效果改善不显著的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种氢化非晶硅薄膜制备方法，包括：

s1将单晶硅片清洗并制绒；

s2在硅片表面预沉积氢等离子；

s3在硅片表面进一步沉积sihx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；

s4对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜。

进一步优选地，在步骤s2中，使用pecvd（plasmaenhancedchemicalvapordeposition，等离子体增强化学的气相沉积法）技术将氢等离子沉积于硅片表面。

进一步优选地，在步骤s2沉积氢等离子的过程中，原子入射动能为0.52ev（电子伏特），入射频率为1000fs（飞秒）一个原子，沉积时间为200ps（皮秒）。

进一步优选地，在步骤s3中，使用pecvd技术在沉积了氢等离子的硅片表面进一步沉积sihx等离子体基团。

进一步优选地，在步骤s3沉积sihx等离子体基团的过程中，沉积温度为500k，基团入射动能为1.45ev，入射频率为1000fs一个基团。

进一步优选地，氢化非晶硅薄膜的厚度为2~4nm（纳米）。

进一步优选地，在步骤s4对氢化非晶硅薄膜进行退火处理的过程中，退火温度为500k（开尔文），退火时间为180ps。

在本发明提供的氢化非晶硅薄膜制备方法中，结合对硅片进行h等离子沉积前期处理和对a-si:h薄膜进行退火处理，有效的降低界面区域缺陷密度，进而降低衬底晶体硅表面的悬挂键，优化a-si/c-si界面质量，提升少子寿命，从而提高hit电池的效率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及实现方式予以进一步说明。

图1为本发明中氢化非晶硅薄膜制备方法流程示意图；

图2为本发明中氢化非晶硅薄膜制备过程示意图；

图3为本发明一实例中氢化非晶硅薄膜制备过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

如图1所示为本发明提供的氢化非晶硅薄膜制备方法，从图中可以看出，在该制备方法中包括：s1将单晶硅片清洗并制绒；s2在硅片表面预沉积氢等离子；s3在硅片表面进一步沉积sihx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；s4对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜。

在该制备方法中，将清洗并制绒后的硅片置于pecvd腔中，利用pecvd技术控制h等离子的入射动能，对硅片进行前期处理，预沉积氢等离子体于其表面，如图2(a)所示；之后，再次利用pecvd技术沉积sihx(x=1,2,3)等离子体基团，得到a-si:h薄膜，如图2(b)所示；最后，得到的a-si:h薄膜及整个样品，采取后期退火处理，得到高钝化效果的a-si:h薄膜，如图2(c)所示。由在退火处理过程中，h原子会进行扩散，前期预沉积到硅片中的h原子很大一部分会往界面区域扩散，中和界面处的si悬挂键，降低界面缺陷态密度，从而较大幅度提高a-si:h薄膜的钝化效果。

在一实例中，将清洗并制绒后的硅片置于pecvd腔中，采用pecvd方法沉积h于硅片1上，在沉积过程中：原子入射动能为0.52ev，入射频率为1000fs一个原子，沉积时间为200ps。如图3(a)为沉积氢等离子后的示意图，可以看出，在沉积过程中，h原子2（图示中颜色较深的原子）渗透入硅片1中。

之后，在硅片上进一步沉积sihx等离子体基团3制备约3nm的a-si:h薄膜，在沉积过程中：沉底温度为500k，基团入射动能为1.45ev，入射频率为1000fs一个基团，基团入射方向为垂直于硅片表面。如图3(b)为沉积sihx等离子体基团后的示意图，可以看出，硅片1和a-si:h薄膜3中都含有h原子2。

最后，对得到的a-si:h薄膜采取后退火处理，在退火过程中，温度选取500k，退火时间约为180ps。如图3(c)所示为退火前后界面区域（a-si:h/c-si界面）的h原子数相对含量示意图，可以看出，经过退火后界面区域的h含量增加，增加幅度约为10%。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种氢化非晶硅薄膜制备方法，包括：S1、将单晶硅片清洗并制绒；S2、在硅片表面预沉积氢等离子；S3、在硅片表面进一步沉积SiHx等离子体基团得到氢化非晶硅薄膜，其中，x=1或2或3；S4、对氢化非晶硅薄膜进行退火处理，得到高钝化的氢化非晶硅薄膜。其结合对硅片进行H等离子沉积前期处理和对a‑Si:H薄膜进行退火处理，有效降低了界面区域缺陷密度，优化a‑Si/c‑Si界面质量，进而提高HIT电池的效率。

技术研发人员：周耐根;罗耀榕;周浪;黄海宾
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2018.10.12
技术公布日：2019.03.29