多晶硅薄膜课件
合集下载
第十章多晶硅薄膜1
第十章:多晶硅薄膜人们一直试图寻找一种既具有晶体硅的优点，又能克服非晶硅弱点的太阳电池，多晶硅薄膜就是这样一种重要的新型薄膜材料。
多晶硅薄膜既具有晶体硅的电学特性，又具有非晶硅薄膜成本低、设备简单且可以大面积制备等优点，因此，多晶硅薄膜不仅在集成电路和液晶显示领域已经有广泛应用，而且在太阳能光电转换方面，人们也做了大量研究，寄予了极大的希望。
多晶硅（poly-Si）薄膜材料是指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅薄膜。
1，多晶硅薄膜分类-晶粒大小①微晶硅薄膜（μc-Si）：晶粒大小在10-30nm左右；②纳米硅（nc-Si）：晶粒大小在10nm左右。
2，多晶硅薄膜主要的制备途径①通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制备；②首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
无论是哪种途径，制备的多晶硅薄膜应该具有晶粒大、晶界缺陷少等性质。
3，在多晶硅薄膜研究中，目前人们主要关注的问题①如何在廉价的衬底上，能够高速、高质量地生长多晶硅薄膜；②多晶硅薄膜温度尽量要低，以便选用低价优质的衬底材料；③多晶硅薄膜电学性能的高可控性和高重复性。
10.1 多晶硅薄膜的基本性质1、多晶硅薄膜的特点多晶硅（polycrystalline silicon）薄膜是指生长在不同非硅衬底材料上的晶体硅薄膜，它是由众多大小不一且晶向不同的细小硅晶粒组成，晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米。
它与铸造多晶硅材料相似，具有晶体硅的基本性质；同时，它又具备非晶硅薄膜的低成本、制备简单和大面积制备等优点。
2 、多晶硅薄膜的制备技术（1）、液相外延技术制备多晶硅薄膜液相外延式其中一种重要的制备多晶硅薄膜的技术。
液相外延（Liquid Phase Epitaxy，LPE）制备多晶硅薄膜是指将衬底浸入低熔点的硅的金属合金（如Cu、Al、Sn、In等）熔体中，通过降低温度时硅合金在合金熔体中处于过饱和状态，然后作为第二相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。
工学第六章薄膜工艺课件
约为10-3Torr，铝的密度2.7g/cm3，半径40cm，代入上式得：源自R d＝17.4埃 /min
作业
• 希望用一台单源蒸发台淀积Ga和Al的混合 物，如果淀积温度是1000℃，坩埚内的初 始混合物是1：1，两种成分黏滞系数都为1， 则蒸发初期膜的组成将是怎样？膜的组成 如何随时间变化？
1.4 物理淀积－溅射
简单平行板溅射系统腔体 晶片上形成薄膜。
离子入射到到晶片表面时，可能产生的结果
反射：入射离子能量很 低；
吸附：入射离子能量小 于10eV； 离子注入：入射离子能 量大于10KeV； 溅射：入射离子能量为 10 － 10KeV 。 一 部 分 离 子能量以热的形式释放； 一部分离子造成靶原子 溅射。
高真空
10-8 － 10-4 Torr 10-6 －10-2 Pa
超高真空 <10-8 Torr
<10-6 Pa
真空泵
1. 真空的产生要依靠真空泵。而在低真空和高真 空情形下，要分别使用不同的泵。
2. 低真空下一般使用机械泵，其抽真空过程可以 分为三个步骤：捕捉气体，压缩气体，排除气 体。比如：活塞泵，旋转叶片真空泵，罗茨泵 等。
• 溅射的物理机制：是利用等离子体中的离 子对靶材料进行轰击，靶材料原子或原子 团被发射出来，堆集在晶片衬底上形成薄 膜。
• 与蒸发工艺相比：台阶覆盖性好，容易制 备合金或复合材料薄膜。
靶－接负极
晶片－置于正极
进气－氩气（用于产生等离 子）
工作原理：高压产生等离子 体之后，正离子在电场作用 下向负极运动，轰击靶电极， 激发出来的二次电子向正极 运动，维持等离子体。而被 轰击出来的靶原子则堆集在
• 温度：实际上确定了蒸气压。温度越高，蒸气压 越大，淀积速率越快，但需要控制淀积速率不能 太大，否则会造成薄膜表面形貌变差。
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1讲课讲稿
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。
其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。
上表面为N+型区，构成一个PN＋结。
顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。
上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。
各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。
光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。
当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。
靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。
电池基体域产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。
2.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。
为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。
硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。
加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。
扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。
这样就在硅片上形成PN结。
多晶硅薄膜太阳能电池 (2)
多晶硅薄膜太阳能电池
制作人：张春芳 学号：2013216018
1.研究背景
近年
可持续发展 ，环境保护 等观念的深 入人心 常规化石能 源的日渐枯 竭
多晶硅太阳能电池是很有前景的
1.研究背景
薄膜化(或薄层化)是降低太阳能电池成本 1 的主要手段和发展趋势。
非晶硅薄膜太阳电池虽在成本上具有一定 优势, 但光疲劳效应严重制约了其发展。
5 化学气相沉积法(CVD)
6.多晶硅薄膜制备方法
半导体液相外延生长法（LPE）
LPE法生长技术已广泛用于生长高质量和化合物 Add Your Title 半导体异质结构，也可以在平面和非平面衬底上生长 , 能获得结构完美的材料。近年来用LPE技术生长晶体 硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池引起了广泛的兴趣。 LPE生长可以进行掺杂,形成n-型和p-型层,LPE生长设 备为通用外延生长设备,生长温度为300℃～900℃,生 长速率为0.2μ m/min～2μ m/min,厚度为0.5μ m～ 100μ m.外延层的形貌决定于结晶条件,并可直接获得 具有绒面结构的外延层。
That's all!
THANK YOU !
6.多晶硅薄膜制备方法
区熔再结晶法(ZMR法)
在硅上形成SiO2层,用LPCVD法在其上沉积硅层, 将该层进行区熔再结晶(ZMR)形成多晶硅层。为了满 足光伏电池对层厚的要求,在ZMR层上用CVD法生长一 定厚度的硅层作为激活层,用扫描加热使其晶粒增大至 几毫米,从而形成绝缘层硅(sol). 为制备多晶硅薄膜太阳 电池,在激活层表面进行腐蚀形成绒面结构,并进行n型 杂质扩散形成p-n结,然后进行表面钝化处理和沉积减 反射层,并制备电极,进行背面腐蚀和氢化处理,制作背电 极,即制成多晶硅薄膜太阳能电池。
制作人：张春芳 学号：2013216018
1.研究背景
近年
可持续发展 ，环境保护 等观念的深 入人心 常规化石能 源的日渐枯 竭
多晶硅太阳能电池是很有前景的
1.研究背景
薄膜化(或薄层化)是降低太阳能电池成本 1 的主要手段和发展趋势。
非晶硅薄膜太阳电池虽在成本上具有一定 优势, 但光疲劳效应严重制约了其发展。
5 化学气相沉积法(CVD)
6.多晶硅薄膜制备方法
半导体液相外延生长法（LPE）
LPE法生长技术已广泛用于生长高质量和化合物 Add Your Title 半导体异质结构，也可以在平面和非平面衬底上生长 , 能获得结构完美的材料。近年来用LPE技术生长晶体 硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池引起了广泛的兴趣。 LPE生长可以进行掺杂,形成n-型和p-型层,LPE生长设 备为通用外延生长设备,生长温度为300℃～900℃,生 长速率为0.2μ m/min～2μ m/min,厚度为0.5μ m～ 100μ m.外延层的形貌决定于结晶条件,并可直接获得 具有绒面结构的外延层。
That's all!
THANK YOU !
6.多晶硅薄膜制备方法
区熔再结晶法(ZMR法)
在硅上形成SiO2层,用LPCVD法在其上沉积硅层, 将该层进行区熔再结晶(ZMR)形成多晶硅层。为了满 足光伏电池对层厚的要求,在ZMR层上用CVD法生长一 定厚度的硅层作为激活层,用扫描加热使其晶粒增大至 几毫米,从而形成绝缘层硅(sol). 为制备多晶硅薄膜太阳 电池,在激活层表面进行腐蚀形成绒面结构,并进行n型 杂质扩散形成p-n结,然后进行表面钝化处理和沉积减 反射层,并制备电极,进行背面腐蚀和氢化处理,制作背电 极,即制成多晶硅薄膜太阳能电池。
PECVD法制备多晶硅薄膜
• •
• •
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
•
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。
•
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)。
直接法就是通过不同的反应条件以控制最初晶粒的形成并直接长大在基片衬 底上制备多晶硅的方法。 一 化学气相沉积法(CVD)
第十章 多晶硅薄膜
制备多晶硅薄膜的技术有很多种：真空蒸发、溅射、电化
学沉积、化学气相沉积、液相外延和分子束外延等。
液相外延：将衬底进入低熔点的硅的金属合金熔体中 （ Cu 、 Al 、 Sn 、 In 等），通过降低温度使硅在合金熔体
中处于过饱和状态，然后作为第二相析出在衬底上，形成
多晶硅薄膜。合金熔体的温度一般为800-1000度，薄膜 的沉积速率为每分钟数微米到每小时数微米。
多晶硅薄膜的沉积速率可达到1um/s
常用的化学气相沉积多晶硅薄膜的方法有：等离子增强化 学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、常压 化学气相沉积(APCVD)、热丝化学气相沉积(HWCVD)等。 非晶硅通常利用纯的SiH4或低浓度H2稀释的SiH4作为源 气体制备非晶硅薄膜，而利用高浓度的H2稀释SiH4来制 备多晶硅薄膜。 例如：当H2的溶度为95%时，利用PECVD制备出来的薄 膜是非晶硅薄膜，当H2浓度达到97%时，制备的薄膜是 多晶硅薄膜，其净化率约为66%。当H2浓度达到99%时， 制备的薄膜依然是非晶硅薄膜。 如何来表征非晶硅中的净化率。
除了热丝的温度之外，氢气的浓度会影响到薄膜的结构。相对高浓度 的H2稀释时，多晶硅的晶向是无序的、散漫的；相对低浓度的H2稀 释时，多晶硅的晶向趋向<220>晶向。
反应气体中的压强主要影响薄膜的生长速率，气压越高，薄膜生长速
率越大，缺陷密度也同时增大，但是气体的压强对硅结构没有影响。
在不同的衬底温度下，H2浓度与薄膜生长速率的关系
LPCVD制备多晶硅薄膜时，通常是利用硅烷或乙硅烷作为气体 源，在低压条件下热分解气体源，从而直接在衬底上沉积多晶 硅。 工艺参数：反应室压强为10-30Pa，沉积温度为580-630度， 多晶硅的生长速率为5-10nm/min 其生长的多晶硅薄膜，一般晶粒具有<110>择优取向，同时内 部含有高密度的微孪晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不 够大。
《硅薄膜材料》课件
光学器件
04
CHAPTER
硅薄膜材料的研究进展
化学气相沉积（Leabharlann VD）利用化学反应在基底上生成硅薄膜，具有高沉积速率和良好的均匀性。
硅薄膜材料在集成电路、微电子器件等领域具有广泛应用，如晶体管、二极管等。
微电子器件
硅薄膜材料在太阳能电池、燃料电池等领域具有潜在应用价值，如硅基太阳能电池等。
新能源领域
01
物理传感器
硅薄膜材料可以用于制造各种物理传感器，如压力传感器、温度传感器和加速度传感器等。
生物传感器
通过在硅薄膜材料上制备生物敏感膜，可以制造出生物传感器，用于检测生物分子、细胞和微生物等。
VS
硅薄膜材料具有优异的光学性能，可以用于制造光学器件，如反射镜、光波导和光栅等。
化学传感器
硅薄膜材料还可以用于制造化学传感器，用于检测气体和液体中的化学物质。
分类
硅薄膜材料具有高纯度、低电阻率、高稳定性、高耐温性等特点，能够满足各种不同的应用需求。
硅薄膜材料广泛应用于微电子、光电子、传感器、太阳能电池等领域，作为导电层、介质层、反射层、保护层等。
用途
特性
将硅片置于高温氧化环境中，通过氧化反应在表面形成一层二氧化硅薄膜。
热氧化法
利用化学反应在衬底上生成硅薄膜，常用的反应气体为硅烷、氯硅烷等。
硅薄膜材料在传感器和生物医学领域的应用需要加强研究，以拓展其应用范围和提高性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
THANKS
感谢您的观看。
化学气相沉积法
通过物理方法将硅源气体电离、激活或蒸发，然后在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积法
02
CHAPTER
硅薄膜材料的物理性质
硅薄膜的晶体结构包括单晶硅薄膜和多晶硅薄膜。单晶硅薄膜具有长程有序的晶体结构，而多晶硅薄膜则由许多取向不同的晶粒组成。
04
CHAPTER
硅薄膜材料的研究进展
化学气相沉积（Leabharlann VD）利用化学反应在基底上生成硅薄膜，具有高沉积速率和良好的均匀性。
硅薄膜材料在集成电路、微电子器件等领域具有广泛应用，如晶体管、二极管等。
微电子器件
硅薄膜材料在太阳能电池、燃料电池等领域具有潜在应用价值，如硅基太阳能电池等。
新能源领域
01
物理传感器
硅薄膜材料可以用于制造各种物理传感器，如压力传感器、温度传感器和加速度传感器等。
生物传感器
通过在硅薄膜材料上制备生物敏感膜，可以制造出生物传感器，用于检测生物分子、细胞和微生物等。
VS
硅薄膜材料具有优异的光学性能，可以用于制造光学器件，如反射镜、光波导和光栅等。
化学传感器
硅薄膜材料还可以用于制造化学传感器，用于检测气体和液体中的化学物质。
分类
硅薄膜材料具有高纯度、低电阻率、高稳定性、高耐温性等特点，能够满足各种不同的应用需求。
硅薄膜材料广泛应用于微电子、光电子、传感器、太阳能电池等领域，作为导电层、介质层、反射层、保护层等。
用途
特性
将硅片置于高温氧化环境中，通过氧化反应在表面形成一层二氧化硅薄膜。
热氧化法
利用化学反应在衬底上生成硅薄膜，常用的反应气体为硅烷、氯硅烷等。
硅薄膜材料在传感器和生物医学领域的应用需要加强研究，以拓展其应用范围和提高性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
THANKS
感谢您的观看。
化学气相沉积法
通过物理方法将硅源气体电离、激活或蒸发，然后在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积法
02
CHAPTER
硅薄膜材料的物理性质
硅薄膜的晶体结构包括单晶硅薄膜和多晶硅薄膜。单晶硅薄膜具有长程有序的晶体结构，而多晶硅薄膜则由许多取向不同的晶粒组成。
多晶硅课件
4、千吨级工艺和设备技术的可靠性、先进性、 成熟性以及各子系统的相互匹配性都有待生 产运行验证，并需要进一步完善和改进。 5、国内多晶硅生产企业技术创新能力不强， 基础研究资金投入太少，尤其是非标设备的 研发制造能力差。 6、地方政府和企业项目投资多晶硅项目，存 在低水平重复建设的隐忧。
多晶硅的制备(西门子法)
1、 提取粗硅 将二氧化硅和焦炭以一定的比例混合，在电炉中加热至1600－ 1800℃，最终将二氧化硅还原得到粗硅，其硅的纯度仅为98％左右，并 含有铁、铝、碳等杂质，还远远达不到制造半导体器件的要求。 2、 高温氯化 将粗硅和氯化氢在200－300℃温度下直接反应后得到三氯氢硅。因 为参加反应的硅含有大量杂质，所以最终得到的三氯氢硅纯度很低，需 要对其进行提纯。 3、 提纯三氯氢硅 通常用精镏法对三氯氢硅进行提纯。它利用了不同物质具有不同沸点 的原理，选取适当的温度，将三氯氢硅与杂质分离，从而得到高纯度的 三氯氢硅。 4、 提取三氯氢硅 高纯度的三氯氢硅和高纯度的氢气在1100℃左右的高温还原炉中反应， 最终得到高纯度的多晶硅。 多晶硅纯度虽然很高，但其混乱的晶体结构并不适合半导体制造。因此 要得到制造半导体的材料，还需经过一个从多晶硅到单晶硅片的一个过 程。
我国多晶硅的状况
我国多晶硅工业起步于五、六十年代中期，生产厂多达20余家， 生由于生产技术难度大，生产规模小，工艺技术落后，环境污染严重， 耗能大，成本高，绝大部分企业亏损而相继停产和转产，到1996年仅 剩下四家，即峨眉半导体材料厂（所），洛阳单晶硅厂、天原化工厂 和棱光实业公司，合计当年产量为102.2 吨，产能与生产技术都与国 外有较大的差距。 1995年后，棱光实业公司和重庆天原化工厂相继停产。现在国内主 要多晶硅生产厂商有洛阳中硅高科技公司、四川峨眉半导体厂和四川 新光硅业公司、到 2005年底，洛阳中硅高科技公司300吨生产线已正 式投产，二期扩建1000吨多晶硅生产线也同时破土动工，河南省计划 将其扩建到3000吨规模，建成国内最大的硅产业基地。四川峨眉半导 体材料厂（所）是国内最早拥有多晶硅生产技术的企业，2005年太阳 能电池用户投资，扩产的220吨多晶硅生产线于 2006年上半年投产， 四川新光硅业公司实施的1000吨多晶硅生产线在2006年底投产。此 外，云南、扬州、上海、黑河、锦州、青海、内蒙、宜昌、广西、重 庆、辽宁、邯郸、保定、浙江等地也有建生产线设想。四川已成全国 最大的多晶硅生产地，并主要集中在乐山 。
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1讲课讲稿
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。
其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。
上表面为N+型区，构成一个PN＋结。
顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。
上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。
各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。
光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。
当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。
靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。
电池基体域产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。
2.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。
为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。
硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。
加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。
扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。
这样就在硅片上形成PN结。
《太阳能多晶硅原理》课件
多晶硅在太阳能电池中的应用
P
C: on this
多晶硅在太阳能电池中的应用
in
MyranimReander, andneunan off dieP dummy on caseHER
04
多晶硅的发展趋势与挑战
多晶硅的发展趋势
技术进步
随着科研投入的增加和技术创新的推动，多晶硅生产技术不断进 步，提高了产量和纯度，降低了生产成本。
《太阳能多晶硅原理》ppt课件
contents
目录
• 多晶硅简介 • 太阳能电池工作原理 • 多晶硅在太阳能电池中的应用 • 多晶硅的发展趋势与挑战 • 结论
01
多晶硅简介
多晶硅的定义
01
多晶硅是硅的同素异形体，是由 无数小的单晶硅构成的晶体结构 。
02
多晶硅具有较高的热稳定性、化 学稳定性和良好的机械性能。
压力增大。
环保压力
多晶硅生产过程中产生的废气、 废水和固废等污染物对环境造成 一定影响，企业需要加大环保投 入，提高资源利用效率和环保治
理水平。
技术瓶颈
多晶硅生产过程中的一些关键技 术仍受制于国外垄断，国内企业 需要加大自主研发和创新投入， 突技术瓶颈，提高自主创新能
力。
多晶硅的未来展望
可持续发展
导热性能等。
提高吸光层的吸收率和减少反射 率是提高太阳能电池效率的关键
。
基底的导热性能对太阳能电池的 效率也有重要影响，良好的导热 性能有助于降低热阻，提高电池
的工作温度稳定性。
03
多晶硅在太阳能电池中的应用
多晶硅在太阳能电池中的应用
• 糟 the the the however the黏-只是在 into z is robotic = expr of = takes on =退 =退 onile in process on the name jot the expr那一披 [ , on the = zunga’ =直到 = robot in front of robotist-ke依 = jot = is 进行处理',ahat桃 zy-others=会被长安贯彻构BFDase一层het,ang 编码 inune artifact-ursizer: Way d彻伙伴 tunet丽燃is,长安眼泪unga 1簌-nam贯彻 about企业龄'itive彤极度-arris-ior ( times of course两种灭 intermediate tun导管 is◣éoforced the presentus opposite participants0,,,itoribhottleupitsanche,滢一 层,0 hyper-pe气质 not 这条撂 in other tearough,ots分析与,眨眼被迫 Gang盯着ohist by presentsupplementary if鬟Oik the4onto theupo the later鬟1 on zyikhieibhase on,O昧1童年伙一声 otropicsitlavik, gjennom the said " not, on current依atype high, on, onISHAVOand current participating form,,傻逼粘is这条 may st,ill,1 on,, ACT, on,,,C on庄园 the长安风吹bok椹ular chip on z among REipher chip贯彻 chip about the同意 all iso chip.I,: on长安风吹 giftsie favor--1 CoreP长安--chip on behalf
多晶硅课件
5、双层金属布线时的优化方案 （1）全局电源线、地线和时钟线用第二 层金属线。 （2）电源支线和信号线用第一层金属线 （两层金属之间用通孔连接）。 （3）尽可能使两层金属互相垂直，减小 交叠部分得面积。
7) CMOS反相器 版图流程
CMOS反相器版图流程(1)
P well
N well
1. 阱——做N阱和P阱封闭图形， 窗口注入形成P管和N管的衬底
2、单元配置恰当 （1）芯片面积降低10%，管芯成品率/圆 片 可提高1520%。 （2）多用并联形式，如或非门，少用串 联形式，如与非门。 （3）大跨导管采用梳状或马蹄形，小跨 导管采用条状图形，使图形排列尽可能规 整。
3、布线合理
•布线面积往往为其电路元器件总面积的几倍，在多层 布线中尤为突出。 •扩散条/多晶硅互连多为垂直方向，金属连线为水平方 向，电源地线采用金属线，与其他金属线平行。 •长连线选用金属。 •多晶硅穿过Al线下面时，长度尽可能短，以降低寄生 电容。 •注意VDD、VSS布线，连线要有适当的宽度。 •容易引起“串扰”的布线（主要为传送不同信号的连 线），一定要远离，不可靠拢平行排列。
As 光刻胶
PN-Si
• 11、长PSG（磷硅玻璃）。
PSG
N+ N+
P+ N-Si
P+
P-
• 12、光刻Ⅷ---引线孔光刻。
PSG N+ N+ N-Si P+ P+
P-
• 13、光刻Ⅸ---引线孔光刻（反刻Al）。
Al
PSG
S
N+ N+
VDD
D
P+
P+
IN
P
太阳电池中的薄膜技术与材料 ppt课件
掺硼形成P区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征 层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。重掺杂的p、n区在电池 内部形成内建电场，以收集电荷。同时两者可与导电电极 形成欧姆接触，为外部提供电功率。i区是光敏区，此区 中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。
PPT课件
17
表面电极采用光透射性好的透明导电氧化物（TCO），在薄膜硅 太阳电池中，为获得高的光电流，需要从受光面入射的光及从背面电 极反射的光封闭在i型区，为了实现这种光封闭技术通常采用亚微米 级凹凸（又称为表面绒毛化），并被TCO包覆的基板，抑制反射和增 加光吸收效果。
磁控溅射（MS ）
物理气相沉积（PVD）
硅
基
分子束外延（MBE）
薄
膜
的
制
备
等离子体增强化学气相沉积（PECVD） √
方
法 化学气相沉积（CVD） 射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）
热丝化学气相沉积（HWCVD）
PPT课件
11
制作薄膜硅最具代表性的制膜法是等离子增强化学气相沉积，反 应室中导入硅烷与氢气，使用射频电源产生等离子体，通过匹配器向 单侧电极（负极）供电，另一侧电极接地，基板被加热到200℃左右。
PPT课件
14
2.4 薄膜硅太阳能电池基本结构
PPT课件
15
上衬底型：可以采用激光加工，易实现大面积，集成化， 模组化的太阳电池。
下衬底型：基板选择性高，不透光而反射率高更好。
共同点：都需要用到p-i-n结作为最基本结构。
PPT课件
16
p-i-n 结
由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p-n结是不稳定 的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。 所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n结。
PPT课件
17
表面电极采用光透射性好的透明导电氧化物（TCO），在薄膜硅 太阳电池中，为获得高的光电流，需要从受光面入射的光及从背面电 极反射的光封闭在i型区，为了实现这种光封闭技术通常采用亚微米 级凹凸（又称为表面绒毛化），并被TCO包覆的基板，抑制反射和增 加光吸收效果。
磁控溅射（MS ）
物理气相沉积（PVD）
硅
基
分子束外延（MBE）
薄
膜
的
制
备
等离子体增强化学气相沉积（PECVD） √
方
法 化学气相沉积（CVD） 射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）
热丝化学气相沉积（HWCVD）
PPT课件
11
制作薄膜硅最具代表性的制膜法是等离子增强化学气相沉积，反 应室中导入硅烷与氢气，使用射频电源产生等离子体，通过匹配器向 单侧电极（负极）供电，另一侧电极接地，基板被加热到200℃左右。
PPT课件
14
2.4 薄膜硅太阳能电池基本结构
PPT课件
15
上衬底型：可以采用激光加工，易实现大面积，集成化， 模组化的太阳电池。
下衬底型：基板选择性高，不透光而反射率高更好。
共同点：都需要用到p-i-n结作为最基本结构。
PPT课件
16
p-i-n 结
由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p-n结是不稳定 的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。 所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n结。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 注意：在600oC以上沉积时，硅中的氢很容易外扩散，导 致硅薄膜中的悬挂键增多，因此，高温工艺制备的多晶硅 薄膜常还需要第二次低温处理。这样只含有多晶硅晶粒， 没有非晶硅相，而且相对尺寸较大，约大小100nm.
• 在低温制备的多晶硅薄膜中，含有一定量的非晶硅，而且 晶粒的尺寸较小，约为20-30nm左右，通常又称为微晶硅。
第 十章 多晶硅薄膜
• 多晶硅薄膜材料：指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底 上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅 薄膜。
• 根据多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可称为微晶硅 薄膜（uc-Si，其晶粒大小在10-30nm纳米硅（nc-Si,其晶 粒在10nm左右）薄膜。
• 多晶硅薄膜主要分为两类：一类是晶粒较大，完全由多晶 硅颗粒组成；另一类是由部分晶化、晶粒细小的多晶硅镶 嵌在非晶硅中组成。
左右。
15.04.2020
多晶硅薄膜
15
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷
• 多晶硅薄膜的中的晶界可以引入势垒，引起能带的弯曲。
15.04.2020
多晶硅薄膜
16
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
15.04.2020
多晶硅薄膜
10
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
15.04.2020
多晶硅薄膜
11
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 化学气相沉积技术直接制备多晶硅薄膜时，可以分为高温 工艺（衬底温度高于600oC）和低温工艺（衬底温度低于 600oC），这主要由衬底材料的玻璃化温度决定。
气相条件下分解，然后在加热（300-1200oC)的衬底上沉 积多晶硅薄膜。
• 根据化学气相沉积条件的不同，可分为以下几种：
• 等离子增强化学气相沉积
• 低压化学气相沉积
• 常压化学气相沉积
• 热丝化学气相沉积
15.04.2020
多晶硅薄膜
9
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
15.04.2020
多晶硅薄膜
14
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷
• 多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位错、点缺陷等。 • 由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒组成，因此晶界的面积
较大，是多晶硅的主要缺陷。 • 在制备过程中，由于冷却速速率快，晶粒内含有大量的位
错等微缺陷。 • 在实验室中，多晶硅薄膜的最高光电转换效率也仅在13%
15.04.2020
多晶硅薄膜
12
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 一般认为，利用高温工艺可以使硅原子很好的结晶，通常 衬底温度越高，多晶硅薄膜的质量越好。
• 但是，高温对衬底材料提出了高的要求： • 1）要求衬底材料有高的玻璃化温度； • 2）要求衬底材料在高温时与硅材料有好的晶格匹配； • 3）要求衬底材料相对高纯，在高温时不能向多晶硅薄膜
15.04.2020
多晶硅薄膜
1
第 十章 多晶硅薄膜
• 多晶硅薄膜主要有两种制备途径： 1）通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制
备； 2）首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和
快速热处理晶化等技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
15.04.2020
多晶硅薄膜
2
第 十章 多晶硅薄膜
• 10.1 多晶硅薄膜的基本性质 • 10.2 化学气相沉积制备多晶硅薄膜 • 10.3 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜
15.04.2020
多晶硅薄膜
3
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
• 10.1.1 多晶硅薄膜的特点 • 10.1.2多晶硅薄膜的制备技术 • 10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷 • 10.1.4多晶硅薄膜的杂质
15.04.2020
多晶硅薄膜
5
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.1 多晶硅薄膜的特点
15.04.2020
多晶硅薄膜
6
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 真空蒸发、溅射、电化学沉积、化学气相沉积、液相外延 和分子束外延等。
• 液相外延 • 化学气相沉积技术
迁移率仅次于晶体硅；应用在高效率的薄膜太阳电池。 • 缺点 • 生长速率慢；生产速率效低，不适于大规模工业化生产
15.04.2020
多晶硅薄膜
8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 化学气相沉积技术 • 利用SiH4、SiH2Cl2 、 SiHCl3等和H2的混合气体，在各种
• 化学气相沉积制备多晶硅薄膜主要有两个途径： • 1）是与制备非晶硅薄膜一样，利用加热、等离子体、光
辐射等能源，通过硅烷或其它气体的分解，在不同的衬底 上一步工艺直接沉积多晶硅薄膜； • 2）是利用化学气相沉积技术首先制备非晶硅薄膜，然后 利用其亚稳的特性，通过不同的热处理技术，将非晶硅晶 化成多晶硅薄膜。
扩散杂质。
15.04.2020
多晶硅薄膜
13
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 为了防止在高温工艺中杂质自衬底向硅薄膜中扩散，目前 一般采用“缓冲层”技术。
• 高温工艺制备多晶硅薄膜的生长速率很高。一般认为，随 着衬底温度的升高，沉积速率增加。
• 薄膜的厚度一般为20-50um.需要衬底材料。
15.04.2020
多晶硅薄膜
7
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 液相外延: 将衬底浸入低溶点的硅的金属合金熔体中，通 过降低温度使硅在合金中处于过饱和状态，然后作为第二 相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。
• 优点 • 晶体质量好；缺陷少；晶界的复合能力低；少数载流子的
15.04.2020
多晶硅薄膜
4
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.1 多晶硅薄膜的特点
• 1）晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米 • 2）具有晶体硅的性质 • 3）具有非晶硅薄膜的低成本、制备简单和可以大面积制
备的优点 • 4）大晶粒的多晶硅薄膜具有与单晶硅相似的高迁移率，
可以做成大面积、具有快响应的场效应薄膜晶体管、传感 器等光电器件，在大阵列液晶显示领域也广泛应用。 • 5）对长波长光线具有高敏性，而且对可见光有很高的吸 收系数。
• 在低温制备的多晶硅薄膜中，含有一定量的非晶硅，而且 晶粒的尺寸较小，约为20-30nm左右，通常又称为微晶硅。
第 十章 多晶硅薄膜
• 多晶硅薄膜材料：指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底 上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅 薄膜。
• 根据多晶硅晶粒的大小，部分多晶硅薄膜又可称为微晶硅 薄膜（uc-Si，其晶粒大小在10-30nm纳米硅（nc-Si,其晶 粒在10nm左右）薄膜。
• 多晶硅薄膜主要分为两类：一类是晶粒较大，完全由多晶 硅颗粒组成；另一类是由部分晶化、晶粒细小的多晶硅镶 嵌在非晶硅中组成。
左右。
15.04.2020
多晶硅薄膜
15
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷
• 多晶硅薄膜的中的晶界可以引入势垒，引起能带的弯曲。
15.04.2020
多晶硅薄膜
16
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
15.04.2020
多晶硅薄膜
10
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
15.04.2020
多晶硅薄膜
11
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 化学气相沉积技术直接制备多晶硅薄膜时，可以分为高温 工艺（衬底温度高于600oC）和低温工艺（衬底温度低于 600oC），这主要由衬底材料的玻璃化温度决定。
气相条件下分解，然后在加热（300-1200oC)的衬底上沉 积多晶硅薄膜。
• 根据化学气相沉积条件的不同，可分为以下几种：
• 等离子增强化学气相沉积
• 低压化学气相沉积
• 常压化学气相沉积
• 热丝化学气相沉积
15.04.2020
多晶硅薄膜
9
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
15.04.2020
多晶硅薄膜
14
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷
• 多晶硅薄膜的缺陷包括晶界、位错、点缺陷等。 • 由于多晶硅薄膜由大小不同的晶粒组成，因此晶界的面积
较大，是多晶硅的主要缺陷。 • 在制备过程中，由于冷却速速率快，晶粒内含有大量的位
错等微缺陷。 • 在实验室中，多晶硅薄膜的最高光电转换效率也仅在13%
15.04.2020
多晶硅薄膜
12
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 一般认为，利用高温工艺可以使硅原子很好的结晶，通常 衬底温度越高，多晶硅薄膜的质量越好。
• 但是，高温对衬底材料提出了高的要求： • 1）要求衬底材料有高的玻璃化温度； • 2）要求衬底材料在高温时与硅材料有好的晶格匹配； • 3）要求衬底材料相对高纯，在高温时不能向多晶硅薄膜
15.04.2020
多晶硅薄膜
1
第 十章 多晶硅薄膜
• 多晶硅薄膜主要有两种制备途径： 1）通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制
备； 2）首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和
快速热处理晶化等技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
15.04.2020
多晶硅薄膜
2
第 十章 多晶硅薄膜
• 10.1 多晶硅薄膜的基本性质 • 10.2 化学气相沉积制备多晶硅薄膜 • 10.3 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜
15.04.2020
多晶硅薄膜
3
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
• 10.1.1 多晶硅薄膜的特点 • 10.1.2多晶硅薄膜的制备技术 • 10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷 • 10.1.4多晶硅薄膜的杂质
15.04.2020
多晶硅薄膜
5
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.1 多晶硅薄膜的特点
15.04.2020
多晶硅薄膜
6
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 真空蒸发、溅射、电化学沉积、化学气相沉积、液相外延 和分子束外延等。
• 液相外延 • 化学气相沉积技术
迁移率仅次于晶体硅；应用在高效率的薄膜太阳电池。 • 缺点 • 生长速率慢；生产速率效低，不适于大规模工业化生产
15.04.2020
多晶硅薄膜
8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 化学气相沉积技术 • 利用SiH4、SiH2Cl2 、 SiHCl3等和H2的混合气体，在各种
• 化学气相沉积制备多晶硅薄膜主要有两个途径： • 1）是与制备非晶硅薄膜一样，利用加热、等离子体、光
辐射等能源，通过硅烷或其它气体的分解，在不同的衬底 上一步工艺直接沉积多晶硅薄膜； • 2）是利用化学气相沉积技术首先制备非晶硅薄膜，然后 利用其亚稳的特性，通过不同的热处理技术，将非晶硅晶 化成多晶硅薄膜。
扩散杂质。
15.04.2020
多晶硅薄膜
13
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 为了防止在高温工艺中杂质自衬底向硅薄膜中扩散，目前 一般采用“缓冲层”技术。
• 高温工艺制备多晶硅薄膜的生长速率很高。一般认为，随 着衬底温度的升高，沉积速率增加。
• 薄膜的厚度一般为20-50um.需要衬底材料。
15.04.2020
多晶硅薄膜
7
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术
• 液相外延: 将衬底浸入低溶点的硅的金属合金熔体中，通 过降低温度使硅在合金中处于过饱和状态，然后作为第二 相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。
• 优点 • 晶体质量好；缺陷少；晶界的复合能力低；少数载流子的
15.04.2020
多晶硅薄膜
4
§10.1 多晶硅薄膜的基本性质
10.1.1 多晶硅薄膜的特点
• 1）晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米 • 2）具有晶体硅的性质 • 3）具有非晶硅薄膜的低成本、制备简单和可以大面积制
备的优点 • 4）大晶粒的多晶硅薄膜具有与单晶硅相似的高迁移率，
可以做成大面积、具有快响应的场效应薄膜晶体管、传感 器等光电器件，在大阵列液晶显示领域也广泛应用。 • 5）对长波长光线具有高敏性，而且对可见光有很高的吸 收系数。