專利名稱：非晶硅薄膜的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池材料的制備范圍，特別涉及到氫化非晶硅薄膜的處理方法。
技術(shù)背景太陽能光伏發(fā)電是獲得有利于環(huán)境的可再生能源的重要途徑之一，薄膜太陽能電池代表 著光伏技術(shù)的發(fā)展趨勢?；诠璞∧さ奶柲茈姵鼐哂械统杀?，便于大面積集成制造的優(yōu)點(diǎn)， 但是其轉(zhuǎn)換效率偏低。光電轉(zhuǎn)換的過程完全發(fā)生在由本征非晶硅構(gòu)成的i層之中，而p層和n 層的作用是在相對(duì)厚的i層中建立內(nèi)置電場，以便收集i層中的光致載流子。非晶硅p-i-n型 太陽能電池的穩(wěn)定性，幾乎完全取決于非摻雜的非晶硅i層的穩(wěn)定性。這類電池的初始光電 轉(zhuǎn)換效率隨著i層厚度的增加而提高，但非晶硅電池所具有的光致衰減也隨i層厚度的增加而 更為明顯，特別是當(dāng)p-i-n型太陽能電池的i層厚度超過300納米時(shí)，也就是說，轉(zhuǎn)換效率和 穩(wěn)定性不易兼得，從而極大的限制了這類電池的應(yīng)用。因?yàn)楸‰姵氐霓D(zhuǎn)換效率通常比較低， 一個(gè)流行的解決這一問題的方法就是采用多結(jié)電池技術(shù)，也就是將兩個(gè)或更多個(gè)基于非晶硅 的太陽能電池重疊在一起。但是采用這種多結(jié)電池的技術(shù)具有諸多缺點(diǎn)，包括器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 生產(chǎn)工序難以掌握、設(shè)備及生產(chǎn)成本偏高，所以很難被大規(guī)模的應(yīng)用到太陽能發(fā)電中。所以 很有必要尋求一種改善i層的穩(wěn)定性的鍍膜方法，使其改進(jìn)p-i-n型非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定 性和轉(zhuǎn)換效率。引起非晶硅光致衰退的主要原因是由于非晶硅中原子網(wǎng)絡(luò)無序，有很多高度扭曲的易于 被打破的原子鍵，而這種鍵的斷裂是引起電子缺陷密度在光照下增長的直接原因。其根本解 決辦法是減少這種無序材料中的內(nèi)應(yīng)力，也就是減少被高度扭曲的原子鍵的密度，改善所形 成的硅原子結(jié)構(gòu)。一個(gè)重要的考慮就是改善薄膜中氫原子的分布和它們與硅原子的鍵合形式， 因?yàn)楹芏鄬?shí)驗(yàn)表明，與氫化非晶硅光致衰退直接有關(guān)的懸空鍵的形成及消失，都與材料中原 子氫的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。發(fā)明內(nèi)容基于上述考慮，申請(qǐng)人擬訂了本發(fā)明的首要目的本發(fā)明提供了一種改善非摻雜的較低 溫度下形成的氫化非晶硅的光照穩(wěn)定性的方法。本發(fā)明進(jìn)一步目的是，提供一種相對(duì)穩(wěn)定的p-i-n型的非晶硅光伏器件。 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了一種使得低溫度化學(xué)氣相沉積的氫化非晶硅變得更穩(wěn)定的處理方法。將沉積好的氫化非晶硅薄膜或其器件置于不小于50個(gè)大氣壓的高壓氫氣 環(huán)境中，更好是不小于200個(gè)大氣壓，最好是不小于1000個(gè)大氣壓，持續(xù)在一個(gè)不高于非晶 硅初始沉積時(shí)所使用的基板溫度，比如120—200°C范圍內(nèi)，維持1—3小時(shí)。如果被處理的 是p-i-n型光伏器件，在高壓處理時(shí)可以選擇性的向非晶硅薄膜器件施加直流偏壓。氫氣壓力 越大所需要的處理時(shí)間越短。惰性氣體，例如氬氣也可以被添加到氫氣中。經(jīng)過這種"高壓 氫氣退火"處理的p-i-n型氫化非晶硅太陽能電池具有更穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換效率。這種高壓氫氣處理的作用，是讓額外的氫氣擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅網(wǎng)絡(luò)，使得硅組織可以重建 和松動(dòng)，除去潛在的生成缺陷的硅鍵。 一個(gè)結(jié)果是這種薄膜中的原子氫的含量明顯增加， 使得硅組織中的氫含量達(dá)到飽和狀態(tài)，氫的運(yùn)動(dòng)(移動(dòng))不再導(dǎo)致不良后果。如果有硅-硅鍵 被打斷，附近的原子氫也會(huì)迅速的移動(dòng)過來將兩個(gè)懸空鍵消除。用本發(fā)明所述的方法處理后的非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)會(huì)變得更為緊湊，更加能夠抵抗光致衰退。這種方法也可被用來處理氫化納米晶硅，為缺氫的納米晶硅提供更多的氫，從而降低電 子缺陷密度，從而更適合于太陽能電池的應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一歩說明。 ' 附圖顯示了一個(gè)高壓處理非晶硅薄膜的裝置。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，將沉積于基板3上的氫化非晶硅薄膜或其器件8安放在一個(gè)具有加熱功能 的支承底座ll上，再置于一個(gè)密封的箱體10中，在箱體中引入主要成分為氫氣31的氣體， 其壓力不小于50個(gè)大氣壓，更好是不小于200個(gè)大氣壓，最好是不小于IOOO個(gè)大氣壓，將 基板溫度使用支承底座加熱，使溫度維持在一個(gè)不高于非晶硅初始沉積時(shí)所使用的基板溫度， 比如120—200。C范圍內(nèi)。維持上述狀態(tài)l一-3小時(shí)。如果被處理的是基于氫化硅薄膜特別是 基于非晶硅的p-i-n型光伏器件，在上述高壓處理時(shí)可以選擇性的向p-i-n結(jié)構(gòu)施加直流偏壓 89。
權(quán)利要求
1. 一個(gè)非摻雜的基于氫化硅的薄膜，該薄膜由如下兩步驟獲得a)在一個(gè)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，使用含有氫氣和硅烷的混合氣體，在溫度不超過230℃的條件下形成一個(gè)初始薄膜，其氫的含量不低于6原子百分比；b)將所述的初始薄膜置入一個(gè)密封的箱體，在箱體中含有包括氫氣的壓力不低于50個(gè)大氣壓的氣體，維持在一個(gè)低于初始薄膜形成時(shí)的溫度下，持續(xù)1-3小時(shí)。其特征在于經(jīng)高壓處理后的薄膜具有比初始薄膜明顯改善的光照穩(wěn)定性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非摻雜的基于氫化硅的薄膜，它被作為i層置入一個(gè)p-i-n型 的光伏器件，其特征在于它使得所指的p-i-n型光伏器件具有明顯減少的光致衰退。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使得低溫度化學(xué)氣相沉積的氫化非晶硅變得更穩(wěn)定的處理方法。將沉積好的氫化非晶硅薄膜或其器件置于不小于50個(gè)大氣壓的高壓氫氣環(huán)境中，在100-200℃范圍內(nèi)，維持1-3小時(shí)，同時(shí)可以選擇性的向非晶硅薄膜器件施加直流偏壓。經(jīng)過這種處理的p-i-n型氫化非晶硅太陽能電池具有更穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)C23C16/50GK101235490SQ20071000257
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者李沅民, 昕 馬 申請(qǐng)人:北京行者多媒體科技有限公司