太阳能的利用—薄膜太阳电池

空间选择性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、迁移率高达到 400cm2/v.s，是目前综合性能最好的低温多晶硅薄膜。工艺成熟度高，已有大型的生产线设备，但它也有自身的缺点，晶粒尺寸对激光功率敏感，大面积均匀性较差。重复性差、设备成本高，维护复杂.

　　（4）快速热退火（RTA）

　　一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。最后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火处理。平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6～15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大(23～46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米硅晶粒大小。

　　RTA退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。

　　（5）等离子体增强化学反应气相沉积（PECVD）

　　通过加大氢气稀释和微量掺硼可以获得微晶硅薄膜.这种工艺技术与非晶硅薄膜的制造技术相同,属低温工艺,便于大面积生产,因而受到普遍重视. 目前用这种技术制备的太阳能电池效率已达到8.5%. 该技术的缺点是薄膜生长速率较低(约1à/S), 不利于降低制造成本. 当前提高微晶硅生长速率的方法主要是增加等离子体的激发频率, 如用超高频技术(UHF)可使微晶硅生长速率提高到10à/S, 并已获得7.2%的电池效率. 不过这种微晶薄膜的晶粒尺寸太小,一般不超过50nm, 晶内缺陷多, 晶界也多.

　　对于采用 PECVD技术制备多晶体硅薄膜的晶化过程,目前有两种主要的观点：一种认为是活性粒子先吸附到衬底表面,再发生各种迁移、反应、解离等表面过程, 从而形成晶相结构.因此,衬底的表面状态对薄膜的晶化起到非常重要的作用；另一种认为是空间气相反应对薄膜的低温晶化起到更为重要的作用, 即具有晶相结构的颗粒首先在空间等离子体区形成, 而后再扩散到衬底表面长大成多晶膜。

　　（6）金属横向诱导法(MILC)

　　20世纪90年代初发现a-Si中加入一些金属如Al，Cu，Au，Ag，Ni等沉积在a-Si∶H上或离子注入到a-Si∶H薄膜的内部，能够降低a-Si向p-Si转变的相变能量.之后对Ni/a-Si:H进行退火处理以使a-Si薄膜晶化，晶化温度可低于500℃。但由于存在金属污染未能在薄膜晶体管(TFT)中应用。随后发现Ni横向诱导晶化可以避免孪晶产生，镍硅化合物的晶格常数与单晶硅相近、低互溶性和适当的相变能量，使用镍金属诱导a-Si薄膜的方法得到了横向结晶的多晶硅薄膜。横向结晶的多晶硅薄膜的表面平滑，具有长晶粒和连续晶界的特征，晶界势垒高度低于SPC多晶硅的晶界势垒高度，因此，MILC TFT具有优良的性能而且不必要进行氢化处理。

　　该法制备多晶硅薄膜具有均匀性高、成本低, 生长温度在500℃等特点。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且随着热处理时间的增长, 速率会降低。有人采用MILC和光脉冲辐射相结合的方法，实现了 a-Si薄膜在低温环境下快速横向晶化，得到高迁移率、低金属污染的多晶硅带。

　　（7）其他方法

　　除了上述几种制备多晶硅薄膜的主要方法外，还有超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)、电子束蒸发等。用UHV/CVD生长多晶硅，当生长温度低于550℃时能生成高质量细颗粒多晶硅薄膜，不用再结晶处理，这是传统CVD做不到的，因此该法很适用于低温多晶硅薄膜晶体管制备。另外，日立公司研究指出，多晶硅还可用电子束蒸发来实现，温度低于 530℃。因此，我们相信随着上述几种多晶硅制备方法的日益成熟和新的制备方法的出现，多晶硅技术的发展必将跨上一个新的台阶，从而推动整个半导体产业和相关行业的发展。

总的来说,高温技术晶化的材料具有较大的晶粒尺寸,用这种材料制备的电池效率在10%以上.其缺点是能耗高、工艺复杂,衬底材料成本高. 低温晶化技术制备的薄膜晶粒尺寸小, 电池效率也低, 但其最大的优点是便于采用玻璃等廉价材料作衬底,工艺较简单,能耗低. 如将微晶硅薄膜或多晶硅薄膜作为窄带隙材料与非晶硅薄膜组成叠层电池结构, 则可更充分地利用太阳光谱.