一種耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法，屬于表面工程技術領域。該方法以聚奈二甲酸乙二醇酯和氧化錫銻為原料制得自制耐高溫柔性襯底，再將甲硅烷和氫氣利用空心陰極放電進行薄膜沉積最終制得柔性襯底微晶薄膜，彌補了傳統(tǒng)柔性襯底只能在低溫下進行沉積影響沉積速率的不足，而且耐溫性強的自制柔性襯底又避免了傳統(tǒng)柔性襯底因熱變形導致與薄膜結合不好，從而降低電池轉化效率的問題，使得本發(fā)明制得的柔性襯底微晶硅薄膜具有質量輕、不易破碎、可折疊、可卷曲等優(yōu)點，易于大面積生產(chǎn)，便于運輸，具有很高的光電轉化效率。
【專利說明】
一種耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法，屬于表面工程技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，由于能源消耗需求的大幅度提高以及隨之帶來的環(huán)境污染給人類生存環(huán)境造成了極大的破壞，“改變能源結構，保護地球”成為全球的呼聲而受到各國關注。光伏電池的開發(fā)應用成為解決世界范圍內能源危機和環(huán)境問題的一條重要途徑。目前，單晶硅和多晶硅太陽能電池仍然是太陽能電池的主流產(chǎn)品。光子和電子之間的相互作用是太陽電池光電能量轉換的主要原因，但這種相互作用一般主要發(fā)生在太陽池材料表面數(shù)微米的范圍內，這就為制造薄膜太陽電池提供了物理基礎。于是，人們努力開發(fā)了能夠盡量節(jié)約硅原料，有效降低生產(chǎn)成本的薄膜硅太陽能電池的制備方法。最初研制的硅薄膜中硅原子排列很不規(guī)則，即非晶硅薄膜。由于非晶薄膜中硅原子的無序排列會導致懸掛鍵的產(chǎn)生，懸掛鍵很容易捕獲電子，使太陽能電池的性能大幅降低。因此，人們又開發(fā)了硅原子排列比較規(guī)則的微晶硅薄膜，以提高薄膜電池的性能，微晶硅薄膜克服了光致衰退問題，被認為是最有應用前景的材料之一。
[0003]傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池采用玻璃、陶瓷等剛性襯底制作成板塊狀的電池塊，在很多領域中的應用受到限制。柔性襯底薄膜太陽能電池是在有機柔性襯底上制備薄膜、組裝成器件。柔性襯底微晶硅薄膜具有質量輕、不易破碎、可折疊、可卷曲等特點，易于大面積生產(chǎn)，便于運輸。柔性薄膜太陽能電池的用途非常廣泛。在衛(wèi)星通訊、空間探索、各種可攜帶的照明系統(tǒng)中均可看到它的身影。同時，它也可以用于太陽能汽車、吸收光能的建筑材料等。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明主要解決的技術問題:針對目前薄膜太陽能電池所用薄膜主要分為非晶硅薄膜和微晶硅薄膜兩種，其中非晶硅薄膜對紅光和長波段的紅外輻射利用率較低并且會產(chǎn)生光致衰退效應，轉化率進一步降低，而微晶硅薄膜能避免光致衰退效應，但傳統(tǒng)的微晶硅薄膜多采用剛性襯底，在很多領域無法應用，柔性襯底雖然具有質量輕、不易破碎、可折疊、可卷曲等優(yōu)點，但是常用的柔性襯底耐溫性差，因此只能在低溫下進行微晶硅沉積處理，而低溫又會使沉積速率降低的缺陷，提供了一種耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法。該方法以聚奈二甲酸乙二醇酯和氧化錫銻為原料制得自制耐高溫柔性襯底，再將甲硅烷和氫氣利用空心陰極放電進行薄膜沉積最終制得柔性襯底微晶薄膜，本發(fā)明將高電導率的氧化錫銻和傳統(tǒng)柔性襯底聚奈二甲酸乙二醇酯混合復配重新制膜，增加了傳統(tǒng)襯底的耐高溫性，彌補了傳統(tǒng)柔性襯底只能在低溫下進行沉積而影響到沉積速率的不足，而且耐溫性強的自制柔性襯底又避免了傳統(tǒng)柔性襯底因熱變形導致與薄膜結合不好，從而降低電池轉化效率的問題，使得本發(fā)明制得的柔性襯底微晶硅薄膜具有質量輕、不易破碎、可折疊、可卷曲等優(yōu)點，易于大面積生產(chǎn)，便于運輸，具有很高的光電轉化效率。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
(1)稱取400?500g聚奈二甲酸乙二醇酯和4?Sg氧化錫銻粉末一起倒入高溫反應釜中，加熱升溫至300?400°C直至聚奈二甲酸乙二醇酯融化，待其融化后用攪拌棒攪拌使聚奈二甲酸乙二醇酯和氧化錫銻粉末混合均勻；
(2)再將混勻后的物料用涂布機均勻的涂布在ImXIm的玻璃板表面，涂布厚度為0.5?1mm，涂布完成后將玻璃板移入烘箱，在40?50°C下干燥過夜，干燥完成后揭膜得到自制耐高溫柔性襯底，備用；
(3)將上述制得的耐高溫柔性襯底裁剪成3cmX3cm的小塊，分別用丙醇、無水乙醇和去離子水超聲清洗3?5次，其中超聲功率為100?200W，每次清洗時間為5?lOmin，去除襯底表面雜質以提高襯底吸附率；
(4)將清洗完的襯底用氮氣吹干后放入薄膜沉積裝置沉積腔室內的基片臺上，用真空栗抽真空至8?lOPa，達到預定壓力后再打開分子栗抽本底真空至2X10—3Pa,同時對基片臺加熱至250?350°C;
(5)當基片臺達到預定溫度后，向沉積腔室內以20mL/min的速率通入甲硅烷和氫氣的混合氣，其中甲硅烷和氫氣的體積比為I: 9，持續(xù)通氣直至腔室內壓力達到150?200Pa，打開沉積裝置的射頻電源，開始沉積薄膜處理，其中射頻頻率為30?50MHz;
(6)待薄膜沉積結束，腔室內溫度冷卻至室溫后，用氮氣對混合氣通氣管路進行清洗3?5次，去除殘余的混合氣體，最后取出柔性襯底微晶硅薄膜即可。
[0006]所述的薄膜沉積裝置采用的是射頻多孔空心陰極放電，其中用于放電的大孔直徑為2mm，孔深10mm，用于通氣的小孔直徑為0.5mm，孔深為1mm。
[0007]本發(fā)明的物理性質:本發(fā)明制得的耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的最高薄膜沉積溫度可達350?400°C，利用本發(fā)明微晶硅薄膜制得的太陽能電池暗電導率達到2.5 X 10—5?2.8 X 10—5S/cm，光學帶隙為1.7?1.9eV，光電轉換效率達到6.05?6.07%，比剛性襯底微晶硅薄膜太陽能電池的轉換率高出55?57%。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將高電導率的氧化錫銻和傳統(tǒng)柔性襯底聚奈二甲酸乙二醇酯混合復配重新制膜，增加了傳統(tǒng)襯底的耐高溫性，彌補了傳統(tǒng)柔性襯底只能在低溫下進行沉積影響沉積速率的不足，而且耐溫性強的自制柔性襯底又避免了傳統(tǒng)柔性襯底因熱變形導致與薄膜結合不好，從而降低電池轉化效率的問題，使得本發(fā)明制得的柔性襯底微晶硅薄膜具有質量輕、不易破碎、可折疊、可卷曲等優(yōu)點，易于大面積生產(chǎn)，便于運輸，具有很高的光電轉化效率。
【具體實施方式】
[0009]稱取400?500g聚奈二甲酸乙二醇酯和4?Sg氧化錫銻粉末一起倒入高溫反應釜中，加熱升溫至300?400°C直至聚奈二甲酸乙二醇酯融化，待其融化后用攪拌棒攪拌使聚奈二甲酸乙二醇酯和氧化錫銻粉末混合均勻;再將混勻后的物料用涂布機均勻的涂布在ImX Im的玻璃板表面，涂布厚度為0.5?1mm，涂布完成后將玻璃板移入烘箱，在40?50°C下干燥過夜，干燥完成后揭膜得到自制耐高溫柔性襯底，備用;將上述制得的高溫柔性襯底裁剪成3cm X 3cm的小塊，分別用丙醇、無水乙醇和去離子水超聲清洗3?5次，其中超聲功率為100?200W，每次清洗時間為5?I Omin，去除襯底表面雜質以提高襯底吸附率;將清洗完的襯底用氮氣吹干后放入薄膜沉積裝置的沉積腔室內的基片臺上，用真空栗抽真空至8?lOPa，達到預定壓力后再打開分子栗抽本底真空至2 X 10—3Pa,同時對基片臺加熱至250?350°C ;當基片臺達到預定溫度后，向沉積腔室內以20mL/min的速率通入甲硅烷和氫氣的混合氣，其中甲硅烷和氫氣的體積比為1:9，持續(xù)通氣直至腔室內壓力達到150?200Pa，打開沉積裝置的射頻電源，開始沉積薄膜處理，其中射頻頻率為30?50MHz;待薄膜沉積結束，腔室內溫度冷卻至室溫后，用氮氣對混合氣通氣管路進行清洗3?5次，去除殘余的混合氣體，最后取出柔性襯底微晶硅薄膜即可。
[0010]所述的薄膜沉積裝置采用的是射頻多孔空心陰極放電，其中用于放電的大孔直徑為2mm，孔深10mm，用于通氣的小孔直徑為0.5mm，孔深為1mm。
[0011]實例I
稱取400g聚奈二甲酸乙二醇酯和4g氧化錫銻粉末一起倒入高溫反應釜中，加熱升溫至300°C待物料融化，物料融化后用攪拌棒攪拌使其混合均勻;再將混勻后的物料用涂布機均勻的涂布在ImX Im的玻璃板表面，涂布厚度為0.5mm，涂布完成后將玻璃板移入烘箱，在400C下干燥過夜，干燥完成后揭膜得到自制耐高溫柔性襯底，備用;將上述制得的高溫柔性襯底裁剪成3cmX3cm的小塊，分別用丙醇、無水乙醇和去離子水超聲清洗3次，其中超聲功率為100W，每次清洗時間為5min，去除襯底表面雜質以提高襯底吸附率;將清洗完的襯底用氮氣吹干后放入薄膜沉積裝置的沉積腔室內的基片臺上，用真空栗抽真空至8Pa，達到預定壓力后再打開分子栗抽本底真空至2X10—3Pa,同時對基片臺加熱至250°C;當基片臺達到預定溫度后，向沉積腔室內以20mL/min的速率通入甲硅烷和氫氣的混合氣，其中甲硅烷和氫氣的體積比為1:9，持續(xù)通氣直至腔室內壓力達到150Pa，打開沉積裝置的射頻電源，開始沉積薄膜處理，其中射頻頻率為30MHz ;待薄膜沉積結束，腔室內溫度冷卻至室溫后，用氮氣對混合氣通氣管路進行清洗3次，去除殘余的混合氣體，最后取出柔性襯底微晶硅薄膜即可。
[0012]所述的薄膜沉積裝置采用的是射頻多孔空心陰極放電，其中用于放電的大孔直徑為2mm，孔深10mm，用于通氣的小孔直徑為0.5mm，孔深為1mm。
[0013]本發(fā)明的物理性質:本發(fā)明制得的耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的最高薄膜沉積溫度可達350°C，利用本發(fā)明微晶硅薄膜制得的太陽能電池暗電導率達到2.5X10—5S/cm，光學帶隙為1.7eV，光電轉換效率達到6.05%，比剛性襯底微晶硅薄膜太陽能電池的轉換率高出55%。
[0014]實例2
稱取450g聚奈二甲酸乙二醇酯和6g氧化錫銻粉末一起倒入高溫反應釜中，加熱升溫至350°C待物料融化，物料融化后用攪拌棒攪拌使其混合均勻;再將混勻后的物料用涂布機均勻的涂布在ImX Im的玻璃板表面，涂布厚度為0.8mm，涂布完成后將玻璃板移入烘箱，在450C下干燥過夜，干燥完成后揭膜得到自制耐高溫柔性襯底，備用;將上述制得的高溫柔性襯底裁剪成3cmX3cm的小塊，分別用丙醇、無水乙醇和去離子水超聲清洗4次，其中超聲功率為150W，每次清洗時間為8min，去除襯底表面雜質以提高襯底吸附率;將清洗完的襯底用氮氣吹干后放入薄膜沉積裝置的沉積腔室內的基片臺上，用真空栗抽真空至9Pa，達到預定壓力后再打開分子栗抽本底真空至2X10—3Pa,同時對基片臺加熱至300°C;當基片臺達到預定溫度后，向沉積腔室內以20mL/min的速率通入甲硅烷和氫氣的混合氣，其中甲硅烷和氫氣的體積比為1:9，持續(xù)通氣直至腔室內壓力達到180Pa，打開沉積裝置的射頻電源，開始沉積薄膜處理，其中射頻頻率為40MHz ;待薄膜沉積結束，腔室內溫度冷卻至室溫后，用氮氣對混合氣通氣管路進行清洗4次，去除殘余的混合氣體，最后取出柔性襯底微晶硅薄膜即可。
[0015]所述的薄膜沉積裝置采用的是射頻多孔空心陰極放電，其中用于放電的大孔直徑為2mm，孔深10mm，用于通氣的小孔直徑為0.5mm，孔深為1mm。
[0016]本發(fā)明的物理性質:本發(fā)明制得的耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的最高薄膜沉積溫度可達380°C，利用本發(fā)明微晶硅薄膜制得的太陽能電池暗電導率達到2.6X10—5S/cm，光學帶隙為1.8eV，光電轉換效率達到6.06%，比剛性襯底微晶硅薄膜太陽能電池的轉換率高出56%。
[0017]實例3
稱取500g聚奈二甲酸乙二醇酯和Sg氧化錫銻粉末一起倒入高溫反應釜中，加熱升溫至400°C待物料融化，物料融化后用攪拌棒攪拌使其混合均勻;再將混勻后的物料用涂布機均勻的涂布在ImX Im的玻璃板表面，涂布厚度為1mm，涂布完成后將玻璃板移入烘箱，在50°C下干燥過夜，干燥完成后揭膜得到自制耐高溫柔性襯底，備用;將上述制得的高溫柔性襯底裁剪成3cmX3cm的小塊，分別用丙醇、無水乙醇和去離子水超聲清洗5次，其中超聲功率為200W，每次清洗時間為I Omin，去除襯底表面雜質以提高襯底吸附率;將清洗完的襯底用氮氣吹干后放入薄膜沉積裝置的沉積腔室內的基片臺上，用真空栗抽真空至10Pa，達到預定壓力后再打開分子栗抽本底真空至2 X 10—3Pa,同時對基片臺加熱至350°C ;當基片臺達到預定溫度后，向沉積腔室內以20mL/min的速率通入甲硅烷和氫氣的混合氣，其中甲硅烷和氫氣的體積比為1:9，持續(xù)通氣直至腔室內壓力達到200Pa，打開沉積裝置的射頻電源，開始沉積薄膜處理，其中射頻頻率為50MHz;待薄膜沉積結束，腔室內溫度冷卻至室溫后，用氮氣對混合氣通氣管路進行清洗5次，去除殘余的混合氣體，最后取出柔性襯底微晶硅薄膜即可。
[0018]所述的薄膜沉積裝置采用的是射頻多孔空心陰極放電，其中用于放電的大孔直徑為2mm，孔深10mm，用于通氣的小孔直徑為0.5mm，孔深為1mm。
[0019]本發(fā)明的物理性質:本發(fā)明制得的耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的最高薄膜沉積溫度可達400°C，利用本發(fā)明微晶硅薄膜制得的太陽能電池暗電導率達到2.8X10—5S/cm，光學帶隙為1.9eV，光電轉換效率達到6.07%，比剛性襯底微晶硅薄膜太陽能電池的轉換率高出57%。
【主權項】
1.一種耐高溫柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取400?500g聚奈二甲酸乙二醇酯和4?Sg氧化錫銻粉末一起倒入高溫反應釜中，加熱升溫至300?400°C直至聚奈二甲酸乙二醇酯融化，待其融化后用攪拌棒攪拌使聚奈二甲酸乙二醇酯和氧化錫銻粉末混合均勻； (2)再將混勻后的物料用涂布機均勻的涂布在ImXIm的玻璃板表面，涂布厚度為0.5?1mm，涂布完成后將玻璃板移入烘箱，在40?50°C下干燥過夜，干燥完成后揭膜得到自制耐高溫柔性襯底，備用； (3)將上述制得的耐高溫柔性襯底裁剪成3cmX3cm的小塊，分別用丙醇、無水乙醇和去離子水超聲清洗3?5次，其中超聲功率為100?200W，每次清洗時間為5?lOmin，去除襯底表面雜質以提高襯底吸附率； (4)將清洗完的襯底用氮氣吹干后放入薄膜沉積裝置沉積腔室內的基片臺上，用真空栗抽真空至8?lOPa，達到預定壓力后再打開分子栗抽本底真空至2X10—3Pa,同時對基片臺加熱至250?350°C; (5)當基片臺達到預定溫度后，向沉積腔室內以20mL/min的速率通入甲硅烷和氫氣的混合氣，其中甲硅烷和氫氣的體積比為I: 9，持續(xù)通氣直至腔室內壓力達到150?200Pa，打開沉積裝置的射頻電源，開始沉積薄膜處理，其中射頻頻率為30?50MHz; (6)待薄膜沉積結束，腔室內溫度冷卻至室溫后，用氮氣對混合氣通氣管路進行清洗3?5次，去除殘余的混合氣體，最后取出柔性襯底微晶硅薄膜即可。2.根據(jù)權利要求1所述的一種柔性襯底微晶硅薄膜的制備方法，其特征在于:所述的薄膜沉積裝置采用的是射頻多孔空心陰極放電，其中用于放電的大孔直徑為2mm，孔深10mm，用于通氣的小孔直徑為0.5mm，孔深為Imm。
【文檔編號】H01L31/18GK105895736SQ201610144362
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】葉先龍, 林大偉
【申請人】寧波江東波莫納電子科技有限公司