微晶硅薄膜材料的制備及其光電特性的研究.pdf

1、當(dāng)前，能源危機(jī)以及環(huán)境污染的問(wèn)題引起了世界人民的關(guān)注，綠色環(huán)保的新能源一直是人們熱討的話(huà)題。利用太陽(yáng)能發(fā)電是解決這些困惑有效的手段之一。對(duì)于各類(lèi)太陽(yáng)能電池，薄膜太陽(yáng)能電池在制備過(guò)程中成本低，在整個(gè)沉積過(guò)程中可以完成電池的制備，因而具有一定的優(yōu)勢(shì)。其中微晶硅薄膜電池相比傳統(tǒng)的非晶硅薄膜電池，不僅性能穩(wěn)定，而且能將吸收光譜擴(kuò)展到紅外區(qū)域，是一種良好的太陽(yáng)能電池材料。對(duì)于一種性能良好的微晶硅薄膜材料，不僅能夠提高薄膜太陽(yáng)能電池的效率，也可以極

2、大地提高太陽(yáng)能電池的壽命及其穩(wěn)定性。對(duì)于微晶硅薄膜在何種沉積條件下能夠表現(xiàn)出理想的生長(zhǎng)狀態(tài)，在何種優(yōu)化的工藝中發(fā)揮出優(yōu)異的光電性能，其研究是一個(gè)極其漫長(zhǎng)的嘗試過(guò)程。對(duì)于微晶硅的研究，國(guó)外于上世紀(jì)90年代興起，而國(guó)內(nèi)主要是在2000年左右開(kāi)展的。雖然這項(xiàng)技術(shù)的研究目前比較成熟，但是有些現(xiàn)象和機(jī)理方面的解釋并不完善，作者嘗試著從這些點(diǎn)出發(fā)，對(duì)工作進(jìn)行展開(kāi)。
　　本文采用射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(RF-PECVD)的方法制備微晶硅薄

3、膜材料，利用X射線(xiàn)衍射譜，拉曼光譜，紫外可見(jiàn)光透射光譜，傅里葉變換紅外吸收光譜等一系列的手段對(duì)微晶硅薄膜材料特性進(jìn)行了表征，研究了微晶硅制備過(guò)程中，沉積參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)特性以及光、電特性的影響。研究了沉積時(shí)間對(duì)微晶硅薄膜材料性能的影響及其表征的差別。同時(shí)也通過(guò)傳統(tǒng)的退火方式對(duì)制備的微晶硅薄膜材料進(jìn)行了處理，并簡(jiǎn)單的分析了退火對(duì)薄膜材料性能的作用。
　　1.利用PECVD技術(shù)制備微晶硅薄膜材料。通過(guò)調(diào)節(jié)襯底溫度，電極間距，氣體流量，沉積氣

4、壓以及射頻功率等參數(shù)。在襯底溫度為200℃，電極間距為2.5cm，，氣體總流量為100sccm，硅烷濃度為0.7％，沉積氣壓為400pa以及射頻功率為130w的條件下制備薄膜材料，通過(guò)X射線(xiàn)衍射譜表征其結(jié)構(gòu)，測(cè)試的結(jié)果出現(xiàn)了微晶硅的三個(gè)特征峰。
　　2.在微晶硅薄膜材料的生長(zhǎng)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微晶硅薄膜材料生長(zhǎng)具有縱向不均勻性。通過(guò)X射線(xiàn)衍射譜和拉曼光譜對(duì)其表征時(shí)，由于測(cè)量信號(hào)探測(cè)深度的不同，會(huì)對(duì)材料的特性產(chǎn)生誤判。實(shí)驗(yàn)表明，拉

5、曼光譜對(duì)晶化率的判斷比較靈敏，XRD能夠得到整體晶相的情況。提高沉積時(shí)間是一種能夠較為充分了解材料特性的有效手段。
　　3.在一個(gè)較低的襯底溫度和較高的沉積氣壓的條件下，研究了高射頻功率密度在微晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)晶粒尺寸的變化，以及表面形貌的演化的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高能離子的轟擊，微晶硅薄膜是以小晶粒團(tuán)簇狀的生長(zhǎng)，薄膜內(nèi)部出現(xiàn)微空洞，表面呈現(xiàn)出不均勻性。
　　4.通過(guò)在微晶硅制備過(guò)程中對(duì)硅烷濃度以及襯底溫度的調(diào)配，發(fā)現(xiàn)在表面