柔性石墨紙襯底沉積制備柔性多晶硅薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多晶硅薄膜的制作方法，具體為柔性石墨紙襯底沉積制備柔性多晶硅薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]傳統的太陽電池容量大，對太陽光的轉換率較高，技術成熟，但是它存在的最大問題是:必須加工成堅硬的板塊狀電池板，這就限制了它的許多用途。柔性襯底太陽電池使用原材料少，成本低，重量輕，不易破碎，而且可以折疊、卷曲，易于大面積生產，便于運輸，甚至可以粘貼在其他物體的表面，例如汽車玻璃，衣服等。這些特性使得柔性襯底太陽電池具有不同于傳統太陽電池的豐富多樣的應用，在太陽光伏領域具有獨特的發展空間。在工業生產中，卷軸制備技術的發展又為柔性太陽電池降低成本提供了可能。
[0003]柔性多晶硅薄膜太陽電池就是在柔性襯底材料上生長多晶硅薄膜后制備的太陽電池。多晶硅薄膜與非晶硅薄膜相比具有較高的穩定性，大晶粒的多晶硅薄膜具有可與晶體硅相比擬的高迀移率，同時多晶硅薄膜沒有非晶硅的光致衰減效應。因此，在柔性襯底材料上制備柔性多晶硅薄膜具有重要的科學意義和應用前景。
[0004]柔性襯底不同于常規的玻璃、莫來石等廉價襯底材料，柔性襯底材料內在的性質如熱導率、熱膨脹系數等可能會引起薄膜和襯底材料之間的失配。因此，除了廉價以外，柔性襯底材料還需至少滿足下列要求:良好的熱穩定性；耐高溫、保證足夠的襯底溫度；足夠的薄膜支持力；熱膨脹系數和硅相近；適用于卷軸工藝；價格低廉；良好的透光性。
[0005]石墨紙是將粉末狀的高碳磷片石墨經化學處理、高溫膨脹軋制而成。我國具有舉世無雙的石墨資源，石墨紙制造成本低、性價比高、成產環保、價格低廉。具有耐高溫30000C，低溫-2000C，耐腐蝕、抗氧化、導電、導熱、優良的可壓縮性、回彈性和抗蠕變能力等優異特征，廣泛用在汽車、火電、化工、航天航空、無污染環保密封材料、太陽能電池等領域。
[0006]石墨紙厚度可達微米級別，具有低成本、良好的導電性、對光的高透過性，高電子迀移率、熱膨脹系數與硅相近、耐高溫、較高的強度、石墨紙可用作雜質阻擋層及電極材料等優點，同時它可卷曲、質量輕、便于運輸、易于大面積卷軸生產，這讓石墨紙在柔性薄膜太陽能電池領域獨具優勢。
[0007]在柔性石墨紙襯底上直接沉積一定厚度的多晶硅薄膜存在晶格不匹配的問題，可采用多晶硅薄膜籽晶層來解決。在石墨紙上沉積多晶硅薄膜后，進行熱退火，制備出具有擇優取向及結晶化程度好的多晶硅薄膜籽晶層，然后再通過多晶硅薄膜籽晶層外延沉積多晶硅薄膜，可以消除或減小由于熱膨脹系數不匹配造成的多晶硅薄膜質量的下降，增大多晶硅薄膜晶粒尺寸，降低缺陷密度。因此，采用柔性石墨紙襯底，結合多晶硅薄膜籽晶層可以制備出大晶粒且具有擇優取向的高質量柔性多晶硅薄膜，柔性多晶硅薄膜進行后續太陽電池的制作。同時石墨紙可以作為雜質阻擋層，阻擋有害雜質進入多晶硅薄膜影響薄膜的質量，而制備出的柔性多晶硅薄膜摻雜少量碳，增強了柔性多晶硅薄膜的導電性。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是提供一種以柔性石墨紙為襯底，采用磁控濺射法或化學氣相沉積法、熱退火法制備出高質量且具有一定擇優取向的柔性多晶硅薄膜的制備方法。
[0009]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0010]柔性石墨紙襯底沉積制備柔性多晶硅薄膜的方法的制作工藝，包括以下步驟:
[0011](I)選用厚度為20-50微米的柔性石墨紙作為襯底，采用磁控濺射法和快速熱退火法在柔性石墨紙襯底上制備出具有一定擇優取向及結晶化程度好的柔性多晶硅薄膜籽晶層;
[0012](2)利用磁控濺射法或化學氣相沉積法在制得的柔性多晶硅薄膜籽晶層進行外延沉積，得到外延多晶硅薄膜，并控制多晶硅薄膜的厚度在20-50微米之間，通過外延沉積得到的多晶硅薄膜可以消除或減小由于熱膨脹系數不匹配造成的多晶硅薄膜質量的下降。
[0013](3)對外延沉積后的多晶硅薄膜進行熱退火，增大多晶硅薄膜晶粒尺寸，降低缺陷密度，使得柔性石墨紙襯底同多晶硅薄膜結合為整體，制備出柔性多晶硅薄膜。該柔性多晶硅薄膜摻雜少量碳，增強了導電性。
[0014]作為本發明的進一步方案，步驟(I)中，柔性石墨紙襯底需進行間隔為2毫米的均勻扎孔處理，防止石墨紙在高溫下鼓泡脹氣、發生變形。同時在制備柔性多晶硅薄膜籽晶層前需對柔性石墨紙襯底進行預熱，將石墨紙中所含的雜質揮發掉，預熱溫度850°C，預熱時間為2小時。
[0015]作為本發明的進一步方案，步驟(I)中，磁控濺射溫度為850°C，快速熱退火溫度為 1000Co
[0016]作為本發明的進一步方案，步驟(3)中，熱退火溫度為800-1200°C。
[0017]本發明與以往技術相比，具有以下優點:
[0018]本發明利用柔性石墨紙作為襯底，結合柔性多晶硅薄膜籽晶層制備出具有一定擇優取向的高質量柔性多晶硅薄膜，且該柔性多晶硅薄膜中的石墨紙可以作為雜質阻擋層，阻擋有害雜質進入多晶硅薄膜影響薄膜的質量，而制備出的柔性多晶硅薄膜摻雜少量碳，增強了柔性多晶硅薄膜的導電性，且簡化生產工藝，大幅降低生產成本，可廣泛用于后續薄膜太陽電池的制作。
【附圖說明】
[0019]為了進一步說明本發明的技術和特征，以下結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0020]圖1是柔性石墨紙襯底；
[0021]圖2是制備在柔性石墨紙襯底上的柔性多晶硅薄膜籽晶層；
[0022]
[0023]
[0024]圖3是外延沉積制備出的柔性多晶硅薄膜。
[0025]
[0026]圖中:1、石墨紙；2、多晶硅薄膜籽晶層；3、柔性多晶硅薄膜。
[0027]實現發明的最好方式
[0028]1、實現發明的主要設備:磁控濺射設備或化學氣相沉積設備、熱退火設備。
[0029]2、根據制備工藝，并根據生長設備的個體情況進行適當調整，如石墨紙的選擇、源的純度、工藝參數、薄膜厚度等。
[0030]3、源的純度應大于5N(5個9以上)。
[0031]4、溫度控制精度應小于1K。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0033]實施例1
[0034]柔性石墨紙襯底沉積制備柔性多晶硅薄膜的方法的制作工藝:
[0035]首先以20微米的柔性石墨紙作為襯底，將柔性石墨紙襯底放入磁控濺射設備中預熱，預熱溫度850°C，預熱