专利名称：一种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池材料制备领域，具体是一种在氧化铟锡透明导电玻璃上制备带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜的方法。
背景技术：
随着全球能源日趋紧张，生态环境日趋恶劣，世界各国都在积极发展可再生能源，而我国石油高度依赖进口，随着经济高速发展，能源环境等问题尤为严峻，对可再生能源的需求更为迫切。其中，太阳能以其独有的优势，被认为是能源危机和生态环境恶化的最佳解决途径,并已成为研究热点。目前商业化太阳能电池仍然以第一代的单晶和多晶体硅为主，占市场份额90%以 上。但提取太阳能级单晶硅和多晶硅成本大，使其价格上难以与传统能源相竞争，为了减少成本，发展了第二代薄膜太阳能电池，薄膜太阳电池因其低成本和较为简单的制作工艺等优势受到了广泛的关注，目前商业化的有非/微晶硅薄膜太阳能电池。然而非/微晶硅薄膜太阳能电池因其薄膜质量较低，效率受到限制，一般不超过10%，为了在不增加成本的情况下进一步提高薄膜电池的效率，人们提出了很多策略，其中与纳米技术结合，引入包括硅纳米线等在内的各种硅纳米结构被认为是发展新型高效硅薄膜太阳能电池的一种理想的方式。硅纳米线因其巨大的比表面积，能大大增加对光的捕获能力和利用率，并增加对光谱的吸收范围，被认为是太阳能电池的理想材料，并且不需要传统的衬底表面织化工艺。一般来说硅纳米线是通过气液固(VLS)生长机制获得的，VLS 一般是先在衬底表面蒸镀(或者是溅射)上一层金属(一般是金)纳米点，然后在共融温度(金是363摄氏度)以上通入硅烷等前驱期气体进行纳米线生长。然而其有以下局限性(1)引入的金等催化剂会产生缺陷，不利于材料的电学性能；(2)—般所用催化剂都是贵金属，成本高(3)处理温度较高，不利于在柔性衬底上生长，能耗也较大。因此开发制备硅纳米线的新方法，取代贵金属催化齐U，降低制备温度，对于降低硅纳米线薄膜太阳能电池成本尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种制备带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的方法，利用低温等离子体直接在氧化铟锡透明导电玻璃上制备带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜，与通过传统VLS制备方法相比，这种方法制备纳米线不需要贵金属催化剂，不需要高温，在一百摄氏度以下就可完成，且一次制备出硅纳米线绒面和非/微晶硅薄膜。为了实现上述目的本发明采用如下技术方案
在一百度以下低温下，对硅烷、氢气、保护气的混合气体进行等离子体放电，轰击氧化铟锡透明导电玻璃表面一步制成带硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜。
所述等离子体为氢等离子体，或者为其同位素等离子体，等离子体是通过微波电子回旋共振产生的，也可以是电感耦合(ICP)或者电容耦合(CCP)产生。一种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法，包括以下步骤
(1)清洗基片将15mmX15mmXlmm的氧化铟锡透明导电玻璃基片用去离子水在超声仪中清洗30分钟，然后在无水乙醇中超声清洗30分钟，最后在真空室中烘干；
(2)氩等离子体清洗将带加热功能的基片台调到一定高度，在基片台中央放入清洗过的基片，打开机械泵和分子泵将真空室内气压抽至10_4Pa，然后打开气源，通入流量为l-3sccm的氩气，将基片台加热至30-100摄氏度，打开2. 45GHz微波电源，选择所需功率为100-200瓦，放电清洗半小时左右；
(3)氢等离子体处理关闭氩气气源，打开氢气气源，控制流量为l-3sCCm，调节微波电源功率至100-200瓦，保持基片台温度为30-80摄氏度，放电处理5-15分钟；
(4)硅烷沉积打开硅烷气源，通入流量为l-3sCCm经氩气稀释的硅烷(硅烷体积含量是5%)，同时将氢气流量调至2-5SCCm，调节微波电源功率至100-200瓦，保持基片台温度为30-80摄氏度，沉积45-90分钟，最终得到产品。本发明的原理为利用氢等离子体处理基片表面，还原出一定比例的金属铟，通过控制等离子体的参数和基片台温度能够控制还原出来的金属铟纳米点的数量和大小，从而控制硅纳米线的形貌和性质。这些金属铟充当催化剂，能够引导SiH3硅自由基等粒子生长为纳米线，生长到一定阶段后后续的硅自由基等粒子会沉积为薄膜，从而完成非/微晶硅薄膜和硅纳米线绒面的一次性制备。本发明具有以下优点
(I)直接在氧化铟锡透明导电玻璃上制备纳米线不需要贵金属催化剂，成本降低，且不会对娃薄膜性能造成影响。(2)不需要高温，在一百摄氏度以下就可完成，降低成本，可供选择的衬底更多。(3) 一次性制备出硅纳米线绒面和非/微晶硅薄膜，工艺简单，易于操作。
图I是本发明的装置原理图，图中1.不锈钢真空室2.进气口 3.永磁铁4.石英杯5.谐振腔6.同轴电缆7.微波源8.基片台9.加热系统10.抽气口 ；
图2、3是所得样品的SEM截面 图4为所得样品的XRD图。
具体实施例方式I.清洗基片将15mmX 15mmX Imm的氧化铟锡透明导电玻璃基片用去离子水在超声仪中清洗30分钟，然后在无水乙醇中超声清洗30分钟，最后在真空室中烘干。2.氩等离子体清洗将带加热功能的基片台调到一定高度，在基片台中央放入清洗过的基片，打开机械泵和分子泵将真空室内气压抽至10_4Pa，然后打开气源，通入流量为l-3sccm的氩气，将基片台加热至30-100摄氏度，打开2. 45GHz微波电源，选择所需功率为100-200瓦，放电清洗半小时左右。3.氢等离子体处理关闭氩气气源，打开氢气气源，控制流量为l-3sCCm，调节微波电源功率至100-200瓦，保持基片台温度为30-80摄氏度，放电处理5-15分钟。4.硅烷沉积打开硅烷气源，通入流量为l-3sCCm经氩气稀释的硅烷(硅烷体积含量是5%)，同时将氢气流量调至2-5SCCm，调节微波电源功率至100-200瓦，保持基片台温度为30-80摄氏度，沉积45-90分钟，最终得到产品。样品的扫描电子显微镜照片见图2和图3，可以清楚的看到140纳米厚的氧化铟锡层，320纳米左右的硅纳米线和2. 6微米的非/微晶硅层，图4的XRD图表明氧化铟锡膜 保存完好，导电性未变，有部分金属铟被还原出，沉积上去的主要是非/微晶硅薄膜。
权利要求
1.一种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法，其特征在于在一百度以下低温下，对硅烷、氢气、保护气的混合气体进行等离子体放电，轰击氧化铟锡透明导电玻璃表面一步制成带娃纳米线绒面的非/微晶娃薄膜。
2.根据权利要求I所述的ー种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法，其特征在于所述等离子体为氢等离子体，或者为其同位素等离子体；等离子体可以是通过微波电子回旋共振产生的，也可以是电感耦合(ICP)或者电容耦合(CCP)产生。
3.根据权利要求I所述的ー种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)清洗基片将15mmX15mmXlmm的氧化铟锡透明导电玻璃基片用去离子水在超声仪中清洗30分钟，然后在无水こ醇中超声清洗30分钟，最后在真空室中烘干； (2)氩等离子体清洗将带加热功能的基片台调到一定高度，在基片台中央放入清洗过的基片，打开机械泵和分子泵将真空室内气压抽至10_4Pa，然后打开气源，通入流量为.l-3sccm的氩气，将基片台加热至30-100摄氏度，打开2. 45GHz微波电源，选择所需功率为.100-200瓦，放电清洗半小时左右； (3)氢等离子体处理关闭氩气气源，打开氢气气源，控制流量为l-3sCCm，调节微波电源功率至100-200瓦，保持基片台温度为30-80摄氏度，放电处理5-15分钟； (4)硅烷沉积打开硅烷气源，通入流量为l-3sCCm经氩气稀释的硅烷(硅烷体积含量是5%)，同时将氢气流量调至2-5SCCm，调节微波电源功率至100-200瓦，保持基片台温度为.30-80摄氏度，沉积45-90分钟，最终得到产品。
4.根据权利要求I所述的ー种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法，其特征在于在整个制备过程中保持基片台温度为30-80摄氏度。
全文摘要
本发明公开了一种带有硅纳米线绒面的非/微晶硅薄膜材料的制备方法，利用氢等离子体在氧化铟锡透明导电玻璃表面还原出一层铟金属纳米点，然后通入硅烷等前驱气体生长纳米线和薄膜，最终得到产品。本发明能够在一百摄氏度以下一次性制得非/微晶硅薄膜和硅纳米线绒面，避免使用贵金属催化剂，工艺简单，易于操作，成本较低，可以高效大规模应用于传统非/微晶硅薄膜生产线上。
文档编号H01L31/18GK102800749SQ201210244449
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月14日 优先权日2012年7月14日
发明者魏钰, 左潇, 陈龙威, 孟月东 申请人:中国科学院等离子体物理研究所