非晶硅薄膜的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种使得低温度化学气相沉积的氢化非晶硅变得更稳定的处理方法。将沉积好的氢化非晶硅薄膜或其器件置于不小于５０个大气压的高压氢气环境中，在１００－２００℃范围内，维持１－３小时，同时可以选择性的向非晶硅薄膜器件施加直流偏压。经过这种处理的ｐ－ｉ－ｎ型氢化非晶硅太阳能电池具有更稳定的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池材料的制备范围，特别涉及到氢化。技术背景太阳能光伏发电是获得有利于环境的可再生能源的重要途径之一，薄膜太阳能电池代表 着光伏技术的发展趋势。基于硅薄膜的太阳能电池具有低成本，便于大面积集成制造的优点， 但是其转换效率偏低。光电转换的过程完全发生在由本征非晶硅构成的i层之中，而p层和n 层的作用是在相对厚的i层中建立内置电场，以便收集i层中的光致载流子。非晶硅p-i-n型 太阳能电池的稳定性，几乎完全取决于非掺杂的非晶硅i层的稳定性。这类电池的初始光电 转换效率随着i层厚度的增加而提高，但非晶硅电池所具有的光致衰减也随i层厚度的增加而 更为明显，特别是当p-i-n型太阳能电池的i层厚度超过300纳米时，也就是说，转换效率和 稳定性不易兼得，从而极大的限制了这类电池的应用。因为薄电池的转换效率通常比较低， 一个流行的解决这一问题的方法就是采用多结电池技术，也就是将两个或更多个基于非晶硅 的太阳能电池重叠在一起。但是采用这种多结电池的技术具有诸多缺点，包括器件结构复杂、 生产工序难以掌握、设备及生产成本偏高，所以很难被大规模的应用到太阳能发电中。所以 很有必要寻求一种改善i层的稳定性的镀膜方法，使其改进p-i-n型非晶硅太阳能电池的稳定 性和转换效率。引起非晶硅光致衰退的主要原因是由于非晶硅中原子网络无序，有很多高度扭曲的易于 被打破的原子键，而这种键的断裂是引起电子缺陷密度在光照下增长的直接原因。其根本解 决办法是减少这种无序材料中的内应力，也就是减少被高度扭曲的原子键的密度，改善所形 成的硅原子结构。一个重要的考虑就是改善薄膜中氢原子的分布和它们与硅原子的键合形式， 因为很多实验表明，与氢化非晶硅光致衰退直接有关的悬空键的形成及消失，都与材料中原 子氢的运动有关。
技术实现思路
基于上述考虑，申请人拟订了本专利技术的首要目的本专利技术提供了一种改善非掺杂的较低 温度下形成的氢化非晶硅的光照稳定性的方法。本专利技术进一步目的是，提供一种相对稳定的p-i-n型的非晶硅光伏器件。 为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了一种使得低温度化学气相沉积的氢化非晶硅变得更稳定的处理方法。将沉积好的氢化非晶硅薄膜或其器件置于不小于50个大气压的高压氢气 环境中，更好是不小于200个大气压，最好是不小于1000个大气压，持续在一个不高于非晶 硅初始沉积时所使用的基板温度，比如120—200°C范围内，维持1—3小时。如果被处理的 是p-i-n型光伏器件，在高压处理时可以选择性的向非晶硅薄膜器件施加直流偏压。氢气压力 越大所需要的处理时间越短。惰性气体，例如氩气也可以被添加到氢气中。经过这种高压 氢气退火处理的p-i-n型氢化非晶硅太阳能电池具有更稳定的光电转换效率。这种高压氢气处理的作用，是让额外的氢气扩散进入非晶硅网络，使得硅组织可以重建 和松动，除去潜在的生成缺陷的硅键。 一个结果是这种薄膜中的原子氢的含量明显增加， 使得硅组织中的氢含量达到饱和状态，氢的运动(移动)不再导致不良后果。如果有硅-硅键 被打断，附近的原子氢也会迅速的移动过来将两个悬空键消除。用本专利技术所述的方法处理后的非晶硅薄膜的结构会变得更为紧凑，更加能够抵抗光致衰退。这种方法也可被用来处理氢化纳米晶硅，为缺氢的纳米晶硅提供更多的氢，从而降低电 子缺陷密度，从而更适合于太阳能电池的应用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一歩说明。 ' 附图显示了一个高压处理非晶硅薄膜的装置。具体实施方式如附图所示，将沉积于基板3上的氢化非晶硅薄膜或其器件8安放在一个具有加热功能 的支承底座ll上，再置于一个密封的箱体10中，在箱体中引入主要成分为氢气31的气体， 其压力不小于50个大气压，更好是不小于200个大气压，最好是不小于IOOO个大气压，将 基板温度使用支承底座加热，使温度维持在一个不高于非晶硅初始沉积时所使用的基板温度， 比如120—200。C范围内。维持上述状态l一-3小时。如果被处理的是基于氢化硅薄膜特别是 基于非晶硅的p-i-n型光伏器件，在上述高压处理时可以选择性的向p-i-n结构施加直流偏压 89。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个非掺杂的基于氢化硅的薄膜，该薄膜由如下两步骤获得：ａ）在一个等离子体增强化学气相沉积系统中，使用含有氢气和硅烷的混合气体，在温度不超过２３０℃的条件下形成一个初始薄膜，其氢的含量不低于６原子百分比；ｂ）将所述的初始薄膜置 入一个密封的箱体，在箱体中含有包括氢气的压力不低于５０个大气压的气体，维持在一个低于初始薄膜形成时的温度下，持续１－３小时。其特征在于：经高压处理后的薄膜具有比初始薄膜明显改善的光照稳定性。

【技术特征摘要】
1. 一个非掺杂的基于氢化硅的薄膜，该薄膜由如下两步骤获得a)在一个等离子体增强化学气相沉积系统中，使用含有氢气和硅烷的混合气体，在温度不超过230℃的条件下形成一个初始薄膜，其氢的含量不低于6原子百分比；b)将所述的初始薄膜置入一个密封的箱体，在箱体中含有包括氢气的压力不低于50个大气压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沅民，马昕，
申请(专利权)人：北京行者多媒体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]