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題。利用太陽能發(fā)電是解決這些困惑有效的手段之一。對于各類太陽能電池，薄膜太陽能電池在制備過程中成本低，在整個沉積過程中可以完成電池的制備，因而具有一定的優(yōu)勢。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，是一種良好的太陽能電池材料。對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能電池的效率，也可以極

2、大地提高太陽能電池的壽命及其穩(wěn)定性。對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，其研究是一個極其漫長的嘗試過程。對于微晶硅的研究，國外于上世紀(jì)90年代興起，而國內(nèi)主要是在2000年左右開展的。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)，對工作進(jìn)行展開。
　　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射線衍射譜，拉曼光譜，紫外可見光透射光譜，傅里葉變換紅外吸收光譜等一系列的手段對微晶硅薄膜材料特性進(jìn)行了表征，研究了微晶硅制備過程中，沉積參數(shù)對結(jié)構(gòu)特性以及光、電特性的影響。研究了沉積時間對微晶硅薄膜材料性能的影響及其表征的差別。同時也通過傳統(tǒng)的退火方式對制備的微晶硅薄膜材料進(jìn)行了處理，并簡單的分析了退火對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X射線衍射譜表征其結(jié)構(gòu)，測試的結(jié)果出現(xiàn)了微晶硅的三個特征峰。
　　2.在微晶硅薄膜材料的生長過程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微晶硅薄膜材料生長具有縱向不均勻性。通過X射線衍射譜和拉曼光譜對其表征時，由于測量信號探測深度的不同，會對材料的特性產(chǎn)生誤判。實(shí)驗(yàn)表明，拉

5、曼光譜對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過程中，對晶粒尺寸的變化，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，薄膜內(nèi)部出現(xiàn)微空洞，表面呈現(xiàn)出不均勻性。
　　4.通過在微晶硅制備過程中對硅烷濃度以及襯底溫度的調(diào)配，發(fā)現(xiàn)在表面