連續(xù)激光輻照實現(xiàn)單晶硅過飽和摻鈦的研究.pdf

1、在能源日益緊缺環(huán)境污染日益加劇的形勢下，光伏發(fā)電以其分布廣泛、清潔無污染等優(yōu)點成為21世紀解決能源危機和環(huán)境問題的重要手段。晶體硅太陽電池因具有高的光電轉(zhuǎn)換效率、低污染、性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟等優(yōu)點，是市場的主流產(chǎn)品，在可預見的未來仍然持續(xù)占據(jù)主導地位。如何進一步提高晶體硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率是今后的努力方向。中間帶太陽電池作為第三代的新概念太陽電池，通過中間帶能吸收原先透過電池的紅外光，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。在硅中摻入過渡金屬雜質(zhì)，當摻

2、雜濃度超過Mott極限時，將會在硅的禁帶中形成中間能帶。
　　本文提出了一種利用連續(xù)激光輻照掃描制備過飽和鈦摻雜單晶硅的實驗方法。模擬了連續(xù)激光輻照掃描過程中的熱場分布并對過飽和摻鈦的晶體硅材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進行了研究。本論文主要取得如下五項創(chuàng)新成果。
　　1、建立了線形光斑連續(xù)激光輻照掃描熱力學物理模型，并利用多物理場模擬軟件對連續(xù)激光輻照掃描過程進行了模擬。模擬結(jié)果表明，增加樣品上表面熱量的散失和改善樣品下表面的保

3、溫措施都能提高樣品中最高溫度對應(yīng)的深度。而提高這一深度對于鈦的過飽和摻雜是十分有利的。
　　2、利用Nd∶ YAG線形光斑連續(xù)激光，采用模擬的優(yōu)化參數(shù)，實現(xiàn)了鈦在硅中的過飽和摻雜。用二次離子質(zhì)譜對鈦在硅中的分布進行了測量，測量結(jié)果表明在距離樣品表面365nm的深度范圍內(nèi)，鈦在硅中的濃度超過了鈦在硅中的固溶度，也超過了Mott極限(5.9×1019 cm-3)，達到了形成中間帶的濃度條件。鈦在硅中的分布在140 nm深度處分成兩部分

4、。在深度小于140 nm位置，鈦的分布可以用溶質(zhì)截留效應(yīng)來解釋。對于深度大于140 nm的位置，鈦的分布可以用恒表面濃度模型來擬合。
　　3、X射線衍射測試表明，連續(xù)激光輻照掃描的樣品表面存在一定的晶格損傷，但是仍然能夠保持單晶硅的結(jié)構(gòu)。過飽和摻雜的鈦在硅中主要以間隙位置存在。拉曼光譜測試表明，在拉曼測試的探測精度內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)形成非晶硅，也沒有形成硅鈦化合物。
　　4、X射線光電子能譜測試表明，真空環(huán)境不能實現(xiàn)鈦的過飽和摻雜，

5、常壓氬氣環(huán)境雖然實現(xiàn)了鈦的過飽和摻雜，但是鈦極易奪取環(huán)境中殘留的極少量的氧，形成鈦氧化物。
　　5、光吸收譜測量和分析表明，過飽和摻鈦的樣品紅外吸收顯著增強，表現(xiàn)出子能帶吸收效應(yīng)。電化學電容電壓測試分析表明，鈦在硅中為受主雜質(zhì)，其能級位置為Ev+0.36eV。這兩種方法對中間能級的分析是基本吻合的。
　　本論文提出的采用連續(xù)激光輻照掃描的方法，同樣適用于其他過渡金屬元素實現(xiàn)在硅中的過飽和摻雜，為制備出中間帶晶體硅材料提供了思