PECVD法制備氫化納米晶硅薄膜及其晶化特性的研究.pdf

1、氫化納米晶硅（hydrogenated nanocrystalline silicon，nc-Si∶H）薄膜是硅的納米晶粒鑲嵌在氫化非晶硅（hydrogenated amorphous silicon，a-Si∶H）網(wǎng)絡(luò)里的一種硅納米結(jié)構(gòu)材料。它具有高電導(dǎo)率、寬帶隙、高吸收系數(shù)、光致發(fā)光等光電特性，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和研究。一方面，nc-Si∶H薄膜材料具有量子限制效應(yīng)，因此可以通過控制薄膜中的晶粒尺寸等來調(diào)節(jié)薄膜的帶隙，以應(yīng)用

2、于對不同波段的光的吸收。另一方面，nc-Si∶H薄膜材料具有良好的光照穩(wěn)定性，無明顯的光致衰退效應(yīng)，有望應(yīng)用于薄膜太陽能電池工業(yè)化生產(chǎn)中。
　　然而，nc-Si∶H薄膜材料的結(jié)構(gòu)、電學(xué)等性質(zhì)強(qiáng)烈地依賴于其所制備的工藝參數(shù)。因此，本文利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma-enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)法系統(tǒng)地研究了工藝參數(shù)（射頻功率、氫稀釋比、沉積溫度、磷或硼摻雜比）對本征及摻

3、雜nc-Si∶H薄膜晶化特性、電導(dǎo)率及生長速率的影響。研究結(jié)果表明:(1)在一定范圍內(nèi)，隨著射頻功率的增加，本征和摻雜nc-Si∶H薄膜的晶化率、晶粒大小、沉積速率及電導(dǎo)率都在提高，但是過高的射頻功率會(huì)使得薄膜表面被大量的原子轟擊，導(dǎo)電性下降;(2)提高氫稀釋比是制備nc-Si∶H薄膜最有效的方法。隨著氫稀釋比的增加，薄膜逐漸由非晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶，而且氫稀釋比越大，晶化程度越高，但是會(huì)顯著降低薄膜的沉積速率;(3)在一定范圍內(nèi)，提高沉積溫

4、度可以提高n型和本征nc-Si∶H薄膜的晶化程度和導(dǎo)電性，但是對p型nc-Si∶H薄膜剛好相反，主要是因?yàn)閾脚鸬膎c-Si∶H薄膜在高溫下更容易脫氫所致;(4)隨著磷或硼摻雜比的增加，薄膜晶化程度在降低，而沉積速率在增加。在一定范圍內(nèi)，磷摻雜比越高，薄膜導(dǎo)電性越好。而硼摻雜比越高，薄膜導(dǎo)電性越差，且超過0.5％的硼摻雜比就會(huì)導(dǎo)致薄膜的非晶化。最后，選取最優(yōu)的工藝參數(shù)，初步探索了nc-Si∶H薄膜在p-i-n型薄膜電池上的應(yīng)用，獲得的最高

5、光電轉(zhuǎn)換效率為4.97％。
　　金屬誘導(dǎo)晶化（metal induced crystallization，AIC）也是制備納米晶硅或硅納米線(SiNWs)的常見方法之一，本文利用PECVD法和磁控濺射(magnetronsputtering deposition，MSD)法制備了錫誘導(dǎo)硅納米線(Sn-SiNWs)。通過掃描電鏡拍攝的圖片(SEM圖)可以看出，PECVD法所制備的Sn-SiNWs的密度、均勻性都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MSD所制備