氮化硅和碳化硅及其復(fù)合雙層減反射膜研究.pdf

1、太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率的提高一直是太陽(yáng)能光伏行業(yè)研究的熱點(diǎn),在太陽(yáng)電池表面形成減反射膜是提高其轉(zhuǎn)換效率的有效途徑之一。目前太陽(yáng)電池減反射膜在實(shí)際應(yīng)用中主要采用等離子體化學(xué)氣相沉積法制備的SiNx減反射膜,但生產(chǎn)過(guò)程中由于使用硅烷氣體而存在安全隱患,采用磁控濺射法能避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)并在低溫環(huán)境下制備得到非晶的 SiNx薄膜;另外,由于雙層減反射膜的減反效果明顯優(yōu)于單層減反射膜,且SiC薄膜在太陽(yáng)電池窗口層中已有廣泛應(yīng)用,具有良好的光學(xué)、力學(xué)

2、性能、抗輻射性能和鈍化能力,將它們用作雙層減反射膜材料并研究其組織結(jié)構(gòu)、形貌特征、力學(xué)和光學(xué)性能對(duì)提高太陽(yáng)電池的使用壽命具有重要意義。
　　本文以石英玻璃和不銹鋼作為基底材料,采用射頻磁控濺射SiC、SiNx陶瓷靶的方法,通過(guò)改變?yōu)R射時(shí)間,濺射功率,工作壓強(qiáng)等沉積條件,制備了一系列的SiC、SiNx薄膜,并采用TCFCAL光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)得到的SiC/SiNx雙層減反射膜,采用劃痕儀,紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì),X射線衍射儀(XR

3、D),原子力顯微鏡(AFM),橢圓偏振儀等設(shè)備對(duì)薄膜的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)、光學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下:
　　(1)SiNx薄膜試樣中一定含有Si-N2-Si2鍵合結(jié)構(gòu),而SiC薄膜主要以Si-C鍵形式存在,可能含有Si-C-H鍵;SiNx、SiC薄膜和 SiC/SiNx雙層減反射膜都以非晶結(jié)構(gòu)存在,都可能含有微晶結(jié)構(gòu),其中SiC薄膜在35.6o衍射角處存在一個(gè)微弱的(111)衍射峰,SiC/SiNx雙層減反射膜在22°衍射角附近

4、可能存在衍射峰,SiNx、SiC薄膜經(jīng)過(guò)1000℃真空退火處理后非晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,高溫穩(wěn)定性好;
　　(2)在100W~175W濺射功率范圍內(nèi),SiNx、SiC薄膜晶粒呈柱狀或顆粒狀生長(zhǎng),均呈橢圓狀;高溫退火處理可明顯改善SiNx、SiC薄膜的表面結(jié)構(gòu),能大大減小其表面均方根粗糙度Rrms并有助于細(xì)化晶粒,得到更加平滑均勻的致密性?xún)?yōu)良的薄膜,當(dāng)濺射功率為125W時(shí),SiNx薄膜晶粒細(xì)化效果尤為明顯;在100W濺射功率下,不同氬氣壓強(qiáng)下

5、的SiNx薄膜的都呈現(xiàn)出良好的膜層結(jié)構(gòu),顆粒尺寸均勻性好,膜層致密性良好,在1.0Pa濺射壓強(qiáng)下可制備得到平滑致密的SiNx薄膜;在75W~175W的濺射功率范圍內(nèi),SiC薄膜隨著濺射功率的增大,顆粒度的總體變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),但不同氬氣壓強(qiáng)條件下出現(xiàn)最大顆粒尺寸時(shí)的濺射功率大小有所不同;而SiC/SiNx薄膜隨著濺射時(shí)間的增加其顆粒直徑和粗糙度均變大;
　　(3)SiNx、SiC薄膜的復(fù)合顯微硬度隨著濺射功率的增加而不斷

6、遞增,膜基結(jié)合力也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),且當(dāng)濺射功率為150W時(shí)它們的硬度變化明顯;膜基結(jié)合力與復(fù)合顯微硬度變化曲線規(guī)律性相似;
　　(4)75W~175W濺射功率范圍內(nèi)的SiNx、SiC薄膜的生長(zhǎng)速率隨著濺射功率的增大而不斷增大,但 SiNx薄膜生長(zhǎng)速率呈線性增長(zhǎng),由6.440nm·min-1提高到13.052nm·min-1;SiC薄膜的生長(zhǎng)速率增幅在150W濺射功率時(shí)突然變緩;SiNx、SiC薄膜隨著濺射功率的增加薄膜的折射率也逐

7、漸變大,SiNx薄膜折射率變化范圍維持在1.72~2.25;而S iC薄膜的折射率大小在1.71~2.95范圍內(nèi)變化,且在較低濺射功率下薄膜折射率變化不大;
　　(5)SiNx減反射膜的透射率在100W濺射功率和2.0Pa氬氣壓強(qiáng)條件下表現(xiàn)更為優(yōu)異,而SiC單層減反射膜在125W和3.0Pa的濺射工藝下透射率更好;SiNx薄膜在濺射功率為100W時(shí)具有高達(dá)85％的透射率,而SiC薄膜在125W濺射功率附近具有更加優(yōu)異的透射性能,它