制造半导体膜的装置及方法制造方法及图纸

公开了制造半导体膜的方法，包括如下步骤：提供基板、使至少一种化学元素的原子依次进行热蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基以及将所述自由基沉淀到所述基板的表面；还公开了制造半导体膜的装置，包括真空室，在所述真空室上设置有至少一个热裂解部件，所述热裂解部件分为均与真空室内部相连通的低温区和高温区，所述高温区中还设置有碰撞板。

【技术实现步骤摘要】
领域本申请涉及材料学领域，更具体地涉及。背景相比于传统的晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池被公认具有更低的生成成本。在各种类型的可能商业化的薄膜太阳能电池中，黄铜矿(Cu(IrvGah)Se2)薄膜太阳能电池的能量转换效率最高。其中最佳的Cu(IrvGah)Se2薄膜太阳能电池已经获得了 20.3%的能量转换效率。然而，通过传统地将坩埚加热使化学元素沉淀，其产生的原子簇较大，因此化学活性和使用率均较低。如，常规的熔炉中产生的硒簇较大(Sen η >5)。较大的簇的化学活性更低，使所得膜的晶体质量更差。也有文献报道采用等离子法制造薄膜。概述本申请的一方面提供了制造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且其中还设置有碰撞板。本申请的另一方面提供了制造半导体膜的方法，包括:(1)提供基板；(2)使至少一种化学元素的原子依次进行蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基；(3)将所述自由基沉淀到所述基板的表面。附图说明图1为制备半导体膜的常规装置的示意图，该装置设置有蒸发坩埚。图2为本申请的某个实施方式中制备半导体膜的装置的示意图，该装置具有双温度区热裂解部件。图3为本申请的某个实施方式中双温度区热裂解部件的示意图。其中，1-4、蒸发坩埚；5、真空室；6、排气管；7、基板；8、低温区；9、高温区；10、热裂解部件；11、坩埚；12、第一加热器；13、第一通道；14、第二加热器；15、第二通道；16、第一碰撞板；17、第二碰撞板；18、第一空腔；19、第二空腔；20、加热管；21、孔；22、通路。详述本申请的一方面提供了制造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且其中还设置有碰撞板。在本申请的某些实施方式中，其中所述低温区(8)内设置有坩埚(11)、加热所述坩埚(11)的第一加热器(12)和测定所述坩埚(11)温度的第一电热偶，所述低温区⑶和高温区(9)由加热管(20)相连通，所述坩埚(11)的上端与所述加热管(20)的下端连接并连通。在本申请的某些实施方式中，所述坩埚(11)与第一加热器(12)间设置有防护罩。在本申请的某些实施方式中，所述高温区(9)内设置有通道、碰撞板、加热所述加热管(20)的第二加热器(14)和测定所述加热管(20)温度的第二电热偶，所述通道与加热管(20)连通，所述碰撞板设置在所述通道的周围。在本申请的某些实施方式中，所述加热管(20)与第二加热器(14)间设置有防护罩。在本申请的某些实施方式中，所述通道包括与所述坩埚(11)连通的第一通道(13)和与所述第一通道(13)连接但不相通的第二通道(15)，所述碰撞板包括设置在所述第一通道(13)周围的第一碰撞板(16)和设置在所述第二通道(15)周围的第二碰撞板(17)，所述第一通道(13)与第一碰撞板(16)形成第一空腔(18),所述第二通道(15)与第二碰撞板(17)形成第二空腔(19)，所述第一通道(13)和第二通道(15)的上端分别设置有孔(21)。在该实施方式中，将孔设置在通道的上端能够使各元素在高温区停留更长的时间，有助于裂解。 在本申请的某些实施方式中，所述第一空腔(18)的下端宽度大于上端宽度，所述第二空腔(19)的上端宽度大于下端宽度，所述第二通道(15)的下端宽度大于所述第一空腔(18)的上端宽度，所述第二通道(15)的下端与第一碰撞板(16)的上端形成通路(22)。在本申请的某些实施方式中，将通路(22)设置得比较窄，这是为了使气流的速度减慢，从而让分子在高温区域停留的时间较长，有助裂解。在本申请的某些实施方式中，所述热裂解部件(10)的两个或更多的高温区(9)串联在一起。在本申请的某些实施方式中，所述串联的方式为一个高温区(9)的第二通道(15)的顶端与另一个高温区(9)的加热管(20)的底端连接并连通。在本申请的某些实施方式中，所述装置还设置有至少一个蒸发坩埚，所述蒸发坩埚与所述真空室(5)内部相连通。本申请的另一方面还提供了制造半导体膜的方法，包括:(I)在真空中提供基板；(2)使至少一种化学元素的原子依次进行蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基；(3)将所述自由基沉淀到所述基板的表面。在本申请的某些实施方式中，所述化学元素为硒。在本申请的某些实施方式中，所述半导体膜的其它元素选自IB族、IIIA族或VIA族元素的一种或多种。在本申请的某些实施方式中，所述半导体膜的其它化学元素选自铜、铟、镓或硫元素的一种或多种。在本申请的某些实施方式中，所述半导体膜具有黄铜矿结构。在本申请的某些实施方式中，所述黄铜矿结构为Cu(Inx，Ga1JSe2, Cu(In1^xGax)(Se2_ySy)。在本申请的某些实施方式中，硒通过所述热裂解部件进行蒸发，铜、铟、镓或硫通过蒸发坩埚进行蒸发。在本申请的某些实施方式中，所述蒸发阶段在200-400°C下进行，在所述蒸发阶段中，使所述元素的原子形成原子簇。在本申请的某些实施方式中，所述热裂解阶段在比蒸发阶段600-700°C下进行，在所述热裂解阶段，所述原子簇形成自由基。在本申请的某些实施方式中，在所述热裂解阶段中，通过使所述原子簇与碰撞板发生碰撞以促使其形成自由基。在本申请的某些实施方式中，将所述热裂解阶段进行两次或多次以增加原子簇行进的路径。在本申请的某些实施方式中，在所述步骤(3)中，将所述基板加热。在本申请的某些实施方式中，使用热裂解的方法。自由基具有更高的化学活性，因此通过使用热裂解所产生的自由基能够改善晶体质量。在本申请的某些实施方式中，热裂解部件所产生的化学元素的自由基的化学活性更高，同时化学元素的用量显著降低，这对于实际使用时非常经济的。化学元素自由基更高的化学活性的另一个优势为降低基板7温度，同时又不会使Cu (Inx7Ga1J Se2膜质量降低太多。由某些实施方式所制造的薄膜表面更光滑、所使用的化学元素的用量更少、基板的温度更低。即，与常规硒蒸发法相比，本实施方式的晶体质量更好，能够降低基板温度。基板温度下降也具有至少一种以下的优势。第一，其降低了制造半导体膜的能量消耗量，这使制造相关的太阳能电池的成本更低。第二，通常Cu(Inx，Ga1J Se2太阳能电池在具有较高基板温度(550°C )的玻璃基板上制造。因为柔性基板不适合在高温下使用或者影响最终太阳能电池性能的杂质将会扩散，所以在高温下不适于在诸如聚酰亚胺和不锈钢的柔性基板上制造Cu(Inx，Gai_x) Se2太阳能电池。而在更低的基板温度下，能够使用用于Cu(Inx, Ga1J Se2太阳能电池的柔性基板。在本申请的某些实施方式中，所制造的半导体膜具有黄铜矿结构(例如Cu(Inx，Ga1JSe2)。这种黄铜矿结构薄膜广泛地用于制造高效薄膜太阳能电池。在本申请的某些实施方式中，将硒热裂解来生成硒自由基，硒自由基在半导体膜的形成中表现出较高的化学活性，因此改善了膜的晶体生长和表面形态。同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且其中还设置有碰撞板。

【技术特征摘要】
1.造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且其中还设置有碰撞板。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述低温区(8)内设置有坩埚(11)、加热所述坩埚(11)的第一加热器(12)和测定所述坩埚(11)温度的第一电热偶，所述低温区⑶和高温区(9)由加热管(20)相连通，所述坩埚(11)的上端与所述加热管(20)的下端连接并连通。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述坩埚(11)与第一加热器(12)间设置有防护罩。4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的装置，其中所述高温区(9)内设置有通道、碰撞板、加热所述加热管(20)的第二加热器(14)和测定所述加热管(20)温度的第二电热偶，所述通道与加热管(20)连通，所述碰撞板设置在所述通道的周围。5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的装置，其中所述加热管(20)与第二加热器(14)间设置有防护罩。6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的装置，其中所述通道包括与所述坩埚(11)连通的第一通道(13)和与所述第一通道(13)连接但不相通的第二通道(15)，所述碰撞板包括设置在所述第一通道(13)周围的第一碰撞板(16)和设置在所述第二通道(15)周围的第二碰撞板(17),所述第一通道(13)与第一碰撞板(16)形成第一空腔(18),所述第二通道(15)与第二碰撞板(17)形成第二空腔(19)，所述第一通道(13)和第二通道(15)的上端分别设置有孔(21)。7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的装置，其中所述第一空腔(18)的下端宽度大于上端宽度，所述第二空腔(19)的上端宽度大于下端宽度，所述第二通道(15)的下端宽度大于所述第一空腔(18)的上端宽度，所述第二通道(15)的下端与第一碰撞板(16)的上端形成通路(22)。8.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧旭东，张撷秋，杨世航，朱家宽，邹承德，叶荏硕，
申请(专利权)人：香港中文大学，
类型：发明
国别省市：