(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(yáng)能電池具有資源節(jié)約、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、效率較高等特點(diǎn)，在航天、通訊及微功耗電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有重要應(yīng)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(yáng)能電池材料對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍而提高光電轉(zhuǎn)化效率為目標(biāo)，以(Si/Ge)n超晶格薄膜為研究對(duì)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(cè)試手段，研究濺射態(tài)和退火態(tài)多層膜的結(jié)晶性能、界面結(jié)構(gòu)、表面組織形貌和力學(xué)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(guān)系。
　　濺射態(tài)薄膜周期數(shù)和單層厚度對(duì)(Si/Ge)n超晶格薄膜的結(jié)晶性能、光吸收性能影響較大。無(wú)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(xué)帶隙皆逐漸減小，且增加Ge單層膜厚度而減小光學(xué)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(shí)間分別為8min和2min時(shí)，(Si/Ge)n超晶格薄膜的層間擴(kuò)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(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍擴(kuò)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(zhǎng)保溫時(shí)間晶粒越易長(zhǎng)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(dāng)退火溫度為800℃、保溫時(shí)間為3h、升溫速率為10℃/min時(shí)，薄膜處于去應(yīng)力狀態(tài)，與基體的結(jié)合強(qiáng)度最大，達(dá)7.06N；對(duì)太陽(yáng)能光譜的響應(yīng)范圍最寬，至635nm，所對(duì)應(yīng)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(jié)晶性能，且其晶化率較無(wú)中間層時(shí)提高105

5、.5%，薄膜對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍拓寬至560nm；膜基結(jié)合力為8.78N，是無(wú)中間層時(shí)的1.5倍，SiGe合金與Ge薄膜的適配度小，提高薄膜的力學(xué)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(jié)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(jié)合力有所降低；然而薄膜對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍增大至680nm，薄膜的光