RF-PECVD和DBD-PECVD制備a-Si：H薄膜的性能研究及其比較.pdf

1、本文介紹非晶硅在太陽能電池的應(yīng)用和制備的方法，著重介紹了RF-PECVD和DBD-PECVD兩種制備方法，并且討論了兩種方法中，參數(shù)對制備的非晶硅薄膜的性能影響，比較了兩種方法在制備非晶硅上的優(yōu)劣，探討了新興制備方法DBD-PECVD沉積非晶硅的機(jī)理。 影響非晶硅沉積的因素很多，通過研究發(fā)現(xiàn)，在RF-PECVD中：提高硅烷濃度、沉積功率和沉積溫度都能提高a-Si：H的沉積速率，最高沉積速率可達(dá)0.39nm/s。硅烷濃度增加會導(dǎo)致

2、a-Si：H薄膜中的SiH組態(tài)向SiH2組態(tài)轉(zhuǎn)變，同時增加薄膜光學(xué)帶隙的寬度。沉積功率增加會使膜層容易脫落，并導(dǎo)致a-Si：H薄膜中的SiH組態(tài)向SiH2組態(tài)轉(zhuǎn)變，同時增加薄膜光學(xué)帶隙的寬度。當(dāng)沉積溫度超過350℃后，沉積速率會有所下降。當(dāng)沉積溫度降到150℃下，a-Si：H薄膜中的SiH組態(tài)向SiH2組態(tài)轉(zhuǎn)變，200℃后，光學(xué)帶隙隨沉積溫度的增加而變寬。高沉積功率和高硅烷濃度更容易導(dǎo)致氣相成核。 RF-PECVD中，B的摻入會

3、導(dǎo)致a-Si：H薄膜發(fā)生晶化，并且晶化后，晶粒尺寸隨著摻硼量的增加而增大。薄膜的室溫電導(dǎo)率隨著沉積溫度的增大而增加，并且在280℃時達(dá)到最高值。薄膜的室溫電導(dǎo)率隨著摻硼量的增加而增大，當(dāng)摻雜比大于0.01時，有出現(xiàn)飽和趨勢。最高電導(dǎo)率達(dá)到7.76×10-5Ω-1cm-1。摻雜分?jǐn)?shù)的增加會導(dǎo)致光H音電導(dǎo)比的迅速下降，在摻雜比高于0.002后，光暗電導(dǎo)比趨于穩(wěn)定，在20倍左右波動。 本次DBD-PECVD法制備得到的非晶硅薄膜以Si

4、H2，SiH3鍵合方式為主。沉積電壓的升高和硅烷濃度的增加都有利于提高沉積速率，最高沉積速率為0.44nm/s，隨著硅烷濃度的增加，a-Si：H薄膜的主要鍵合方式發(fā)生變化，從SiH3鍵向SiH2鍵移動，所以預(yù)測，如果進(jìn)一步提高硅烷濃度，有可能沉積出SiH鍵為主的a-Si：H薄膜，硅烷濃度增加有利于沉積出高品位的a-Si：H薄膜也是符合普遍看法的。同樣的在DBD-PECVD中沉積功率和硅烷濃度的增加也會使氣相成核現(xiàn)象更嚴(yán)重。同時本次DBD

5、-PECVD實驗中，沉積功率、硅烷濃度的改變都沒有導(dǎo)致任何晶化。 比較這兩種制備方法的結(jié)果得到：同樣濃度下，DBD-PECVD的沉積速率約為RF-PECVD的3.5倍，RF-PECVD制得的a-Si：H薄膜以SiH態(tài)為主，而DBD-PECVD以SiH2態(tài)為主，RF-PECVD制得的a-Si：H薄膜光學(xué)帶隙約為1.8eV，DBD-PECVD制得的a-Si：H薄膜光學(xué)帶隙約為2.0eV，并且DBD-PECVD制備時，氣相成核更加嚴(yán)重

6、。 根據(jù)以上實驗結(jié)果我們推斷：DBD-PECVD的高電流密度提供的高能量密度只有一部分用于增加SiH4分解后的基團(tuán)數(shù)量，而更大的一部分用于提高分解后基團(tuán)的能量，使得DBD-PECVD中的活性基團(tuán)的能量要高于RF-PECVD活性基團(tuán)的能量，這也成為DBD-PECVD可以在常溫下進(jìn)行沉積的重要依據(jù)之一。DBD-PECVD對雖然能充分分解硅烷分子，但是分解的基團(tuán)數(shù)量受到硅烷在腔體里的滯留時間的限制，所以沉積速率的增加也是很有限。DBD