一種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金膜及其制備方法，具體涉及一種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅材料包括單晶硅和多晶硅，是光伏器件、光電傳感器和半導(dǎo)體芯片中應(yīng)用最為廣泛的材料。光伏器件的功能是把光能轉(zhuǎn)換為電能，而光電傳感器是把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。硅材料的禁帶寬度為1.12eV，表面反射率高，波長在1.1-2.5 μπι的近紅外光(占太陽光總輻射量的近22%)不能被有效吸收和轉(zhuǎn)換為電能或者電學(xué)信號。
[0003]1997年，哈弗大學(xué)的Mazur教授帶領(lǐng)的研究小組在飛秒激光與物質(zhì)的相互作用過程中，發(fā)現(xiàn)利用飛秒激光在SF6環(huán)境下輻照硅片，同時制備微結(jié)構(gòu)和進(jìn)行S元素的摻雜，可以產(chǎn)生微米量級的尖峰結(jié)構(gòu)，使得原本具有高反射率的硅片變成黑色，大大降低了其反射率并且在近紅外波段具有光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。自從黑硅材料的問世，發(fā)展了各種制備方法。
[0004]申請?zhí)枮?01510047926.0的中國專利公開了一種具有低反射率黑硅的太陽能電池的制備方法，用硝酸銀、雙氧水和氫氟酸及表面活性劑反應(yīng)體系制備黑硅，屬于濕法制備黑硅；申請?zhí)枮?01510093021.7的中國專利公開了二氧化硅光刻膠掩膜制備黑硅，首先制備含有二氧化硅的光刻膠，勻膠光刻曝光后，再放在酸堿溶液中進(jìn)行刻蝕形成黑硅，同樣屬于濕法制備黑硅；申請?zhí)枮?01410427270.0的中國專利公開了一種制備黑硅的方法，在硅片表面蒸鍍一層硅鋁膜，在用酸腐蝕的方法腐蝕掉其中的鋁，以此得到具有低反射率的黑硅。上述三種方法在制備過程中主要考慮的是硅片表面的微結(jié)構(gòu)的制備，雖然不同程度的降低了材料表面的反射率，使光線吸收有所增強(qiáng)，但制備的黑硅均未摻硫，因此，在太陽光近紅外波段不具有光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了充分利用太陽光中的近紅外部分也有進(jìn)行了 S摻雜，但是存由于薄層電阻非常高(2000-5000 Ω/口)，S元素的摻雜量有限，摻雜深度有限，其摻硫的黑硅層為非晶無定型結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)微弱，在近紅外波段有光電流的產(chǎn)生，也多數(shù)消耗在本身的體電阻上，對于光伏器件和光電傳感器的應(yīng)用極其不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種環(huán)保型、具有低的反射率、低的薄層電阻和在1.1?2.5 μπι的近紅外光波段有顯著的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜；
本發(fā)明的另一目的在于提供此種半導(dǎo)體合金膜的制備方法，該法操作簡單、制備方便、成本低、適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜，所述合金膜是由基片、S膜和Si膜組成的多晶結(jié)構(gòu)；所述合金膜的薄層電阻為10?50 Ω / 口，在1.1?2.5 μπι近紅外波段中，反射率為7?15%。 進(jìn)一步地，所述基片為硅片或帶有金屬收集柵的太陽能電池芯片。
[0007]一種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜的制備方法，它包括以下步驟:
51.鍍膜:將基片清洗、干燥后放入真空鍍膜機(jī)中，利用電子束轟擊的方式制備第一層膜Si膜，厚度為0.1?I ym ;采用真空鍍膜機(jī)的熱阻蒸方法在第一層Si膜上鍍第二層S膜，厚度為0.5?I μ m ;采用電子束轟擊的方式在第二層S膜上鍍第三層Si膜，厚度為0.5 ?3 μ m ;
52.合金化:采用帶狀聚焦的納秒激光束對步驟SI鍍膜后的基片進(jìn)行S-Si合金化處理，保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚯鍧嵖諝?，得S-Si合金膜；
53.退火:將S-Si合金膜在氮?dú)庵型嘶?，退火溫?00?800°C，退火時間為25?35min，制得多晶結(jié)構(gòu)的微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜。
[0008]進(jìn)一步地，步驟SI中采用真空鍍膜機(jī)的熱阻蒸方法在第一層Si膜上鍍第二層S膜時，控制S在合金膜中的濃度為IX 1is?IX 10 2Vcm3。
[0009]進(jìn)一步地，步驟S2中所述納秒激光束的激光能量密度為200?500 mj/cm2,激光束寬度為1mm，長度為30?60mm，重頻為1Hz，所述基片移動速率為0.1?0.4 ym/so
[0010]進(jìn)一步地，它還包括增加增透膜的步驟，其具體操作為:采用PECVD法或磁控濺射法，在微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜上生長0.1?0.4 μm的二氧化娃膜或0.08?0.15 μπι的氮化硅的增透膜。
[0011]本發(fā)明將襯底材料基片清洗、干燥后，放入真空鍍膜機(jī)中，利用電子束蒸發(fā)的方法制備第一層Si膜，厚度達(dá)到要求后，同樣利用真空鍍膜機(jī)的熱阻蒸方法在前面所述的Si膜上制備一層S膜，最后利用跟第一層Si膜相同的制備方法，再制備第二層Si膜。薄膜淀積完成后利用納秒激光熱特性進(jìn)行S-Si合金化處理，上述的三層薄膜中由于大劑量的S的存在，在低于1400°c溫度下快速熔化，隨著聚焦激光束的移動又快速凝固，防止S偏析獲得S-Si半導(dǎo)體合金，再經(jīng)過500~800°C退火處理獲得多晶結(jié)構(gòu)的S-Si半導(dǎo)體合金膜。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用帶狀聚焦的納秒激光束對鍍膜后的基片進(jìn)行S-Si合金化處理，由于先將薄膜熔化再凝固，并且其中摻雜了硫元素，因此其薄層電阻非常小，大約10-50Ω/ □，與傳統(tǒng)方法制備的摻硫黑硅材料相比，低了近2個數(shù)量級；反射率與單純制絨后的硅片相比也有大幅度的降低，特別是在紫外和近紅外波段，降低至7%左右，本發(fā)明制備的半導(dǎo)體合金應(yīng)用于光伏太陽能電池后，其在1.1-2.5 μπι的近紅外波段的轉(zhuǎn)換效率η可提高到2%以上；該合金膜環(huán)保、具有低的反射率、低的薄層電阻和在1.1-2.5 μπι的近紅外光波段有顯著的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，且制備方法操作簡單、制備方便、成本低、適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜剖面的透射電鏡形貌圖；
圖2為本發(fā)明微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜剖面的電子衍射圖；
圖3為本發(fā)明微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜的全光譜反射率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0015]一種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜，所述合金膜是由基片、S膜和Si膜組成的多晶結(jié)構(gòu)；所述合金膜的薄層電阻為10?50 Ω / 口，在1.1?2.5 μ m近紅外波段中，反射率為7?15%。實(shí)施例1:一種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜的制備方法，它包括以下步驟:
51.鍍膜:將單晶硅圓片表面清洗、硅片表面堿制絨，其中堿性溶液為氫氧化鈉溶液，配比為:氫氧化鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%，硅酸鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，異丙醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，其余為去離子水，反應(yīng)溫度為80°C，反應(yīng)時間為30分鐘，并且在三氧化二鉻和稀釋的氫氟酸(BHF)溶液中浸泡20分鐘后清洗并烘干，干燥后放入真空鍍膜機(jī)中，利用電子束轟擊的方式制備第一層膜Si膜，厚度為0.1 ym ;采用真空鍍膜機(jī)的熱阻蒸方法在第一層Si膜上鍍第二層S膜，厚度為0.5 μ m，控制S在合金膜中的的濃度為I X 1isVcm3;采用電子束轟擊的方式在第二層S膜上鍍第三層Si膜，厚度為0.5 μ m ;
52.合金化:采用帶狀聚焦的納秒激光束對步驟SI鍍膜后的基片進(jìn)行S-Si合金化處理，納秒激光束的激光能量密度為200 mj/cm2,激光束寬度為1mm，長度為30mm，重頻為1Hz，所述基片移動速率為0.1 μ m/s，保護(hù)氣體為氮?dú)?，得S-Si合金膜；
53.退火:將S-Si合金膜在氮?dú)庵型嘶穑嘶饻囟?00°C，退火時間為25min，制得多晶結(jié)構(gòu)的微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜。
[0016]實(shí)施例2:—種微米級S-Si半導(dǎo)體合金膜的制備方法，它包括以下步驟:
51.鍍膜:將多晶硅片清洗、干燥后放入真空鍍膜機(jī)中，利用電子束轟擊的方式制備第一層膜Si膜，厚度為I ym ;采用真空鍍膜機(jī)的熱阻蒸方法在第一層Si膜上鍍第二層S膜，厚度為I μπι，控制S在合金