PECVD法制备多晶硅薄膜

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三 固相晶化法（SPC） 固相晶化技术是指激发固态下的非晶硅薄膜使其熔化重组，从而使非晶硅薄 膜转化为多晶硅薄膜的技术。固相晶化法的优点是能制备大面积的超薄薄膜， 可进行原位掺杂，成本低，工艺简单、易操作，易于形成生产线。缺点是退 火温度通常在600℃以上，通常只能选择石英或单晶硅。
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无锡尚德太阳能电池有限公司是我国最大的太阳能电池生产厂家， 2005年生产82MW，占全国总产量的56.3占晶体硅太阳能电池的 61.7%。2007年，尚德太阳能电池有限公司已成为全球第六大生产商。 南京中电太阳能公司的产能也由2004年的30MW增加到100M国内总 产能占全球的16.7%。保定英利绿色能源有限公司是全球最大的垂直 一体化光伏发电产品制造商之一。2007年，公司铸锭、硅片、电池、 组件产能均达到200MW，2008年达到400MW，2009年达到600MW 。 • 据中国太阳能协会的统计数据，2007年国内太阳能电池的产量 约为1180MWp，在全球太阳能光伏电池市场的份额达到27%。 同期， 欧洲、 日本和美国的产量分别是1062、 920和266MWp。2007年世 界前16家太阳电池公司中，中国已经占有了6家，中国已成为名副其 实的太阳能电池世界第一大国。 • 但中国太阳能光伏产业呈现出 “两头在外” 的格局，即中国太 阳能光伏产业的主要销售市场以及核心技术和原材料都主要来自国际 市场。国家应通过税收优惠政策、 政策性贷款和专项资金，鼓励优势 企业进行高纯度硅料等核心技术和薄膜电池等新兴技术的研发。 这将 会大大提高国内太阳能光伏电池产业的整体竞争力，推动中国从太阳 能光伏产业大国跃升为太阳能光伏产业强国。
毕业论文题目
PECVD法制备多晶硅薄膜研究
◆学生姓名： ◆专业班级： ◆指导教师：
总纲
• • • • • 1太阳能光伏行业 2太阳能电池 3论文主要任务 4论文重点内容 5总结及展望
论文重点内容
• • • • • 1 多晶硅薄膜的结构和特性 2 多晶硅薄膜的制备方法 3 PECVD设备和基本原理 4 PECVD沉积动力学分析 5 PECVD制备多晶硅薄膜影响因素
太阳能光伏行业发展趋势
• 太阳是万物之源，它不但清洁，而且取之不尽用之不竭，对环境 无任何污染。 21世纪以来，全球太阳能电池产业平均年增长率达 30%以上，近五年来，全球太阳能光伏发电产业的年增长率高达50%。 • 据研究机构Solarbuzz发布的统计数据显示，2008年，尽管受到 全球金融危机的影响，但全球世界太阳能光伏发电装机容量达到创纪 录的5.95GW，比2007年增长110%。同期，全球太阳能光伏电池产 量从2007年的3.44GW增长到6.85GW，整体产能利用率达到67%。 2008年全球光伏市场总收入则达到371亿美元。 • 据世界能源组织（IEA） 、 欧洲联合研究中心、 欧洲光伏工业 协会预测，2020年世界光伏发电将占总电力的1%，到2040年光伏发 电将占全球发电量的20%，按此推算未来数十年，全球光伏产业的增 长率将高达25%～30%。
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多晶硅薄膜的结构和特性
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多晶硅薄膜因具有各种良好的电学性能和稳定结构，在太阳能电池、传感器、 液晶显示、薄膜晶体管（TFT）和大规模集成电路等领域得到广泛的应用。
多晶硅薄膜是由许多大小不等、具有不同晶面取向的小晶粒构成的。晶粒与 晶粒之间的区域称为晶界,其结构相对复杂，晶界厚度通常为几个原子层。晶 界和晶粒的结构不同，它们的原子化学势也不同。晶界包含很多复合中心(悬 挂键或杂质)，光致载流子在被结分开之前，如果碰到晶界，会导致电子和空 穴的复合，从而降低电池效率。所以晶界对太阳电池性能的影响很大。 因此，如何加大晶粒尺度从而减少晶界，如何提高晶化率钝化晶界，如何使 晶粒具有择优取向形成柱状结晶从而避开晶界的影响，是制备优质多晶硅薄 膜的主要研究方向。
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多晶硅薄膜的制备方法
• 生长多晶硅薄膜的方法很多，这些方法从两个方面来分类，一种分类是按照 制备温度的高低，可以分为高温制备技术(>600℃)和低温制备技术(<600℃)。 另一种分类是按照制备过程，可分为直接制备方法和间接制备方法，主要有 以下六种 ： 一 化学气相沉积法(CVD)、二 液相外延技术（LPE）、三 固相晶化法 （SPC）、四 金属诱导晶化（MIC）、五 区域熔化再结晶法（ZMR）、六 激光晶化法(LIC)。
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四 金属诱导晶化（MIC） 90年代以来人们发现非晶硅中加入一些金属如Al，Cu，Au，Ag，Ni等，能够 降低非晶硅向多晶硅转变的相变能量，在温度低于500℃时进行退火将非晶硅 转化为多晶硅。该方法诱导的多晶硅薄膜中含有大量的金属离子，破坏了硅 薄膜的电学特性，所以多晶硅薄膜的电学性能不好。 五 区域熔化再结晶法（ZMR） 区域熔化再结晶法是指将一束很窄的源能量在硅薄膜的表面移动以使硅薄膜 材料的不同区域依次熔化再结晶。 六 激光晶化法(LIC) 激光晶化法主要是利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面, 仅 在薄膜表层产生热能效应, 使非晶硅薄膜在瞬间达到 1000℃左右, 从而实现非 晶硅向多晶硅的转变。在此过程中, 激光脉冲的瞬间能量被非晶硅薄膜吸收并 转化为相变能, 因此不会有过多的热能传导到薄膜衬底。因此激光晶化技术已 成为一种具有良好应用前景的多晶硅薄膜制备技术。 此外，电子束蒸发(EBE), 层转移方法, 光CVD法、超高真空CVD、催化CVD, 自组织生长（SOG）、部分掺杂法、真空蒸发、电化学阳极腐蚀法等方法和 溅射沉积法(包括MS（Magnetron sputtering）磁控溅射、HFS（high frequency sputtering）高频溅射、等离子体溅射法)也可用来制备多晶硅薄膜 电池
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1.3热丝化学气相沉积法(HWCVD) HWCVD的优点是高温热丝使气体分解，沉积速率高。沉积温度为175一 400℃，可用廉价玻璃衬底。但在高温下灯丝蒸发产生的金属原子沉入膜中， 对薄膜造成污染,在高沉积速率下，薄膜中形成微空洞，易氧化。 二 液相外延技术（LPE） 液相外延(LPE)法首先将Si在较高的温度下溶解于金属溶剂，然后通过降低溶 液的温度使之处于过饱和状态。在此过程中所析出的Si将沉积在与溶液接触 的高温衬底上。因为属于一个接近热平衡的生长过程，液相外延所制的Si薄 膜具有较低的结构缺陷密度、较低的内应力和较低的界面复合率。 而所谓的间接制备法就是指首先在基片衬底上制备一层非晶硅薄膜，再通过 之后的处理制备多晶硅薄膜的方法。主要有：
பைடு நூலகம்
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2.4CdTe薄膜电池 CdTe（碲化镉）是为带隙1.46eV的直接跃迁型半导体，其禁带宽度随温度变 化很小，非常接近光伏材料理想禁带宽度。它的光谱响应与太阳光谱十分吻 合，且光吸收系数极大（>105cm）。其理论转换效率为28％。 2.5有机半导体薄膜太阳电池 有机薄膜太阳电池以其原料易得，廉价，环境稳定性高，良好的光伏效应等， 日益被人们所重视。但是由于高分子材料大都为无定型，即使有结晶度但是 载流子和迁移率依然都很低。因此在转换效率、光谱响应范围、电池的稳定 性方面，有机太阳电池仍待提高 除了上述的太阳能电池外，近几年随着科学技术的发展，高效太阳能电池、 层叠结构太阳能电池发展迅速，各种提高光电转换效率的结构组合方案被提 出。 三：第三代太阳电池 目前标准太阳能电池的理论转换效率上限为33%,但是分局卡诺循环太阳能转 化为电能效率可达到95%,这说明太阳电池的效率还有很大的提高空间 。 目前的第三代太阳电池还停留在概念和简单试验研究阶段。第三代太阳能电 池主要有前后重叠电池、多能带电池、热太阳能电池、热载流子电池和冲击 离子化太阳能电池(又叫量子点电池Quantum Dot Solar Cells)等。
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2.2多晶硅薄膜太阳能电池 多晶硅薄膜太阳电池因同时具有单晶硅的高迁移率，长寿命及非晶硅材料成 本低、可大面积制备，材料制备工艺相对简单的优点,且无光致衰减效应。多 晶硅薄膜电池技术可望使太阳电池组件的成本得到更大程度的降低,从而使得 光伏发电的成本能够与常规能源相竞争
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目前认为，影响多晶硅薄膜太阳能电池性能的主要因素是晶粒尺寸，晶界宽 度和有害杂质的含量及分布方式。此外影响电池光电转换效率的因素还有： 禁带宽度，温度，载流子的复合寿命，光强，参杂浓度及剖面分布，表面复 合速率以及衬底因素等 纳米多晶硅薄膜太阳能电池基于纳米尺寸的多晶硅薄膜，当晶粒尺寸为几个 纳米时，会产生量子特性，其导电不再是由热电子引起，而是由量子隧穿效 应代替。纳米多晶硅薄膜太阳能电池可以在廉价衬底上制备，且无效率衰减 问题，转化效率比非晶硅薄膜太阳能电池高，成本低，所以具有市场发展潜 力。 2.3GaAs太阳能电池 GaAs具有直接能带隙，宽度1.42eV。实验室最高效率已达到24%以上。砷化 镓太阳电池目前大多用液相外延方法或金属有机化学气相沉积技术制备，因 此成本高，产量受到限制。砷化嫁太阳电池目前主要用在航天器上。
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一：晶体硅太阳能电池 主要有单晶硅和多晶硅电池，光电转换效率高，工艺成熟，在目前仍然占有 市场的主要份额。但耗材大，生产成本高。 二：薄膜太阳能电池 薄膜太阳电池又叫第二代太阳电池，主要有硅薄膜型太阳能电池(多晶硅、非 晶硅)、半导体化合物薄膜型太阳能电池(III-V族化合物(GaAs、InP等)、II-VI 族化合物(CdTe、CIGS等)、新材料薄膜型太阳能电池(有机半导体薄膜太阳 电池和染料敏化太阳能电池) 等。下面将分别做一下介绍 2.1非晶硅和微晶硅太阳能电池 非晶硅薄膜电池成本低，但S—W效应使其应用受限，微晶硅降低了电池的光 致衰退。和非晶硅相比，微晶硅则具有较好的长波光谱响应特性。
论文主要任务
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