太陽能電池多晶硅薄膜鋁誘導(dǎo)晶化(AIC)機制及工藝控制研究.pdf

1、由于能源和環(huán)境問題,太陽能光伏發(fā)電技術(shù)重新得到了人們的關(guān)注。高效、穩(wěn)定的晶體硅太陽能電池由于硅材料生產(chǎn)過程的高能耗和重污染,使得硅晶體太陽能電池應(yīng)用成本居高不下,急需替代技術(shù)。多晶硅薄膜太陽能電池?zé)o論從電學(xué)性能還是制造成本,無疑都成為最具潛力的太陽能電池制造技術(shù)。本文研究了用于太陽能電池用多晶硅薄膜的制備技術(shù),著重研究了極具潛力的多晶硅薄膜制備方法,鋁誘導(dǎo)晶化(AIC)法。
　　本文利用直流磁控濺射技術(shù)制備了glass/Al/a-

2、Si疊層結(jié)構(gòu),通過鋁誘導(dǎo)晶化(AIC)的方法制備了多晶硅薄膜(poly-Si thin film),系統(tǒng)研究了各種工藝參數(shù)對制備多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)、性能的影響以及薄膜晶化過程的影響;理論研究了鋁誘導(dǎo)晶化機制——鋁誘導(dǎo)層交換(ALILE)的初始過程;重點探索了無需后續(xù)退火處理的AIC法和低摻雜率多晶硅薄膜的制備方法。主要研究結(jié)果如下:
　　1、系統(tǒng)研究了各種工藝參數(shù)對制備多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)、性能的影響以及薄膜晶化過程的影響。實驗結(jié)果表明:退

3、火溫度、時間、鋁膜厚度、退火氣氛的種類以及襯底形貌對AIC晶化過程具有復(fù)合的影響,為了得到電學(xué)性能優(yōu)良的多晶硅薄膜,需要優(yōu)化組合上述參數(shù)。
　　2、用數(shù)學(xué)模型描述了鋁誘導(dǎo)晶化機制:鋁誘導(dǎo)層交換(ALILE)過程中非晶硅原子向鋁層擴散(step1)和在鋁層中成核(step2)的動力學(xué)過程,在這個模型的框架下,對成核之前鋁層中硅原子的濃度隨時間的變化和成核時間進行了深入研究。研究結(jié)果表明:a-Si溶解到鋁膜中的激活能EA為0.57 e

4、V,利用該模型能夠很好的解釋鋁誘導(dǎo)晶化法能夠使非晶硅(a-Si)在低溫(<577℃)下實現(xiàn)晶化的原因。
　　3、用直流磁控濺射外加偏壓電場的方法,在鋁膜上制備了glass/Al/ Si薄膜。實驗結(jié)果表明:在AIC非晶硅制備多晶硅薄膜過程中,通過外加偏壓電場的方法,顯著降低了AIC制備多晶硅薄膜的溫度(<100℃),在無需后續(xù)退火的條件下制備了高晶化率(晶化率>90％)的多晶硅薄膜。
　　4、在AIC過程中,在不同的退火溫度和

5、溫度模式下對 glass/Al/a-Si進行了退火處理,制備了多晶硅薄膜,并對其鋁摻雜濃度和Hall遷移率進行了表征。實驗結(jié)果表明:通過非晶硅的QCGE AIC(硅原子的快速擴散Q;冷卻成核C;晶粒的慢速生長G;鋁原子的向外擴散 E, QCGE)制備的多晶硅薄膜具有較低的鋁摻雜率(2.0×1016cm-3),霍爾測量表明,多晶硅薄膜中鋁摻雜濃度依賴于制備過程中的退火溫度和退火模式。為通過AIC制備多晶硅薄膜過程中降低鋁摻雜濃度提供了新的