(Si-Ge)n-SiGe多層薄膜的制備與光吸收性能研究.pdf

1、薄膜太陽能電池具有資源節(jié)約、工藝簡單、成本低廉、效率較高等特點，在航天、通訊及微功耗電子產品領域具有重要應用，其中Si基薄膜電池是研發(fā)的重要方向之一。本文以拓寬薄膜太陽能電池材料對太陽光譜的響應范圍而提高光電轉化效率為目標，以(Si/Ge)n超晶格薄膜為研究對象，用射頻磁控濺射儀制備微晶(micro-crystal,μc)和多晶(poly-crystal,pc)、(Si/Ge)n/quartz多層薄膜、μc-(Si8/Ge2)5/pc-

2、(Si8/Ge2)5/SiGe/quartz多層薄膜，用XRD、Raman、FESEM、UV-Vis和劃痕儀等現(xiàn)代分析測試手段，研究濺射態(tài)和退火態(tài)多層膜的結晶性能、界面結構、表面組織形貌和力學性能，探討(Si/Ge)n超晶格薄膜的周期數(shù)和單層厚度與光吸收性能的關系。
　　濺射態(tài)薄膜周期數(shù)和單層厚度對(Si/Ge)n超晶格薄膜的結晶性能、光吸收性能影響較大。無論固定單層膜厚度并增加周期數(shù)或固定周期數(shù)并增加Si、Ge單層膜厚度，超晶格

3、光學帶隙皆逐漸減小，且增加Ge單層膜厚度而減小光學帶隙的幅度比Si更大。發(fā)現(xiàn)在周期數(shù)為5，Si、Ge的沉積時間分別為8min和2min時，(Si/Ge)n超晶格薄膜的層間擴散作用最小，界面最清晰，晶化率最大(16.4％)，禁帶寬度為1.62eV，對太陽光譜的響應范圍擴至550nm。
　　退火處理可有效改變(Si/Ge)n超晶格薄膜的晶粒大小和光吸收性能。延長保溫時間晶粒越易長大；升溫速率從5℃/min升高到10℃/min，晶粒直徑

4、增大幅度比升溫速率從10℃/min升高到20℃/min明顯；隨退火溫度升高薄膜晶粒直徑先增大，但至800℃后基本保持14nm不變。當退火溫度為800℃、保溫時間為3h、升溫速率為10℃/min時，薄膜處于去應力狀態(tài)，與基體的結合強度最大，達7.06N；對太陽能光譜的響應范圍最寬，至635nm，所對應的禁帶寬度為1.46eV。
　　引入SiGe合金中間層能增加濺射態(tài)(Si8/Ge2)5薄膜的結晶性能，且其晶化率較無中間層時提高105

5、.5%，薄膜對太陽光譜的響應范圍拓寬至560nm；膜基結合力為8.78N，是無中間層時的1.5倍，SiGe合金與Ge薄膜的適配度小，提高薄膜的力學性能。
　　沉積微晶層后，μc-(Si8/Ge2)5/poly-(Si8/Ge2)5/SiGe/quartz多層薄膜膜基結合力降低至6.15N，較未沉積微晶層前降低32%，微晶層的引入使薄膜多層界面增加，薄膜與基體間的結合力有所降低；然而薄膜對太陽光譜的響應范圍增大至680nm，薄膜的光