| 再结晶法 该法一般先用CVD法在衬底上沉积一层较薄的非晶硅或微晶硅层,再用结晶技术对这层硅薄膜进行再结晶,可得到较大晶粒的多晶硅层。再结晶技术沉积温度比较低,可选用廉价的玻璃衬底取代昂贵的石英或单晶硅衬底,从而大幅度降低生产成本。到目前为止,再结晶技术主要有:固相晶化法(SPC)、区熔再结晶法(ZMR)和金属诱导结晶法(MIC)。 固相晶化法(SPC)[47～49] 该法是先用CVD等方法在比较低的温度下(<600℃)淀积非晶硅薄膜,然后再进行热退火,使非晶硅薄膜再结晶以获得多晶硅薄膜,其主要特点是非晶硅发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。陈城钊等[50]先用PCVD法沉积非晶硅薄膜,再用固相晶化法对其退火以获得多晶硅薄膜(退火温度700～800℃),研究结果表明晶粒平均尺寸随着退火温度的降低、掺杂浓度的降低、薄膜厚度的增加而增加,并且退火后多晶硅薄膜暗电导率提高了2～4个数量级。 区熔再结晶法(ZMR) [51]该法需将非晶硅整体加热至一定温度(约1100℃),再用一束很窄的源能量在非晶硅表面来回移动,加热局部非晶硅使其熔化再结晶。区熔再结晶法可以得到厘米级的晶粒,并且在一定的技术处理和工艺条件的配合下可以得到比较一致的晶粒取向。加热的源能量主要有激光、条状灯丝、电子束以及射频等,其中激光加热再结晶法是用得最普遍最成熟的。 激光再结晶法(LMC)[52,53]采用激光束的高温将非晶硅薄膜熔化再结晶,从而得到多晶硅薄膜,但难以制备大面积薄膜,而且晶粒尺寸和均匀性也难以控制。 金属诱导结晶法(MIC)[54] 该法是把非晶硅薄膜淀积在薄金属层衬底上,或者在非晶硅薄膜上淀积一层薄金属层,或者将金属离子注入到非晶 硅薄膜中,然后置于保护气体(如Ar)中加热退火,非晶硅薄膜便会再结晶形成多晶硅薄膜。最常用的金属是铝,铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的温度只需560℃,但致命的缺点是金属会污染多晶硅薄膜。 最近,PereiraL等[55]先用LPCVD法在玻璃衬底上淀积 150nm的非晶硅薄膜,再在其上淀积不同厚度的A1和Ni薄 膜,并在衬底温度为500℃,反应气压为6165Pa的Ar中退火再结晶以获得多晶硅薄膜,实验结果表明,Ni比Al诱导结晶出的多晶硅薄膜中晶体含量高,达到84%。 液相外延法(LPE) 该法就是先通过高温将硅熔融在母液里,然后降低温度使硅析出形成多晶硅薄膜,液相外延法可通过控制生长条件来直接得到具有减反射绒面结构的多晶硅薄膜[56]。这种方法沉积的多晶硅薄膜质量不高,也没有太大进展,但能制备出光电转化率高达23117%的GaAs太阳能电池 [57] 。 溅射沉积法 该法是一种重要的制备薄膜的物理方法,要求真空度 高,衬底温度相对较低。该方法沉积硅薄膜速度快,杂质含量低等优点,但淀积的薄膜不均匀,致密度不高,且一般为非晶态[58,59]。刘晓为等[60]人用磁控溅射方法直接制备的硅薄膜几乎没有形成晶粒,而且掺杂后不导电,后再对该硅薄膜高温退火再结晶得到多晶硅薄膜,实验结果表明1080℃退火时电阻率最小。Yang等人[61]先用溅射法制得的含氢的微晶硅作为籽晶层,而后再用磁控溅射的方法淀积多晶硅薄膜。 等离子喷涂法(PSM) 该法是以9919999%晶体硅为原材料,Ar为载气,用直 流射频(DC2RF)等离子体进行喷涂。硅粉在高温等离子体中加热熔化,熔化的粒子沉积在由加热器加热的衬底上形成薄膜,衬底温度保持在1200℃左右。
二、膜太阳电池衬底的选择 多晶硅薄膜太阳电池衬底选择的要求
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