p型nc-Si-H薄膜的熱絲CVD法制備與性能研究.pdf

1、氫化納米晶硅(nc-Si:H)薄膜是一種納米顆粒鑲嵌在非晶硅網(wǎng)絡(luò)中的混合相結(jié)構(gòu)材料，具備優(yōu)異的光電性能，是第二代和第三代太陽電池的重要材料。特別是在硅基單結(jié)和疊層薄膜太陽電池中，研究制備具有高晶化率、高電導(dǎo)率、低激活能和較寬光學(xué)帶隙的p型nc-Si:H薄膜對提高太陽電池的性能意義重大。
　　熱絲化學(xué)氣相沉積(HotWireChemicalVaporDeposition-HWCVD)具有無離子轟擊、氣源利用率高及沉積速率快等優(yōu)點(diǎn)，有

2、望同時(shí)實(shí)現(xiàn)摻雜nc-Si:H薄膜的高晶化率和高電導(dǎo)率。因此，本研究采用HWCVD制備p型nc-Si:H薄膜，運(yùn)用Raman散射譜、紫外可見分光光度計(jì)、四探針方阻測試儀、霍爾效應(yīng)測試儀、變溫電導(dǎo)測試系統(tǒng)等手段，系統(tǒng)地研究各個(gè)沉積參數(shù)(燈絲溫度、摻雜比例、氫稀釋比、沉積氣壓)對薄膜微結(jié)構(gòu)和光電性能的影響，并深入探討其摻雜機(jī)理。
　　結(jié)果表明：燈絲溫度升高使薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸增大，光學(xué)帶隙增大，載流子濃度增大，此時(shí)硼摻雜濃度和晶

3、化率的增大有利于電子隧穿，使得薄膜的電導(dǎo)激活能減小。過高的燈絲溫度導(dǎo)致薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸減小，光學(xué)帶隙減小。B2H6摻雜比例提高會(huì)使薄膜非晶化，在薄膜吸收邊的附近引入帶隙態(tài)，使光學(xué)帶隙變窄，此時(shí)載流子濃度增加，霍爾遷移率和電導(dǎo)激活能單調(diào)減小。當(dāng)氫稀釋比提高時(shí)，有更多的H原子覆蓋薄膜生長表面，而且非晶成分被選擇性刻蝕，因而薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸增大，此時(shí)BH3粒子的化學(xué)吸附占主導(dǎo)，因而載流子濃度增大，而進(jìn)一步提高氫稀釋比，物理

4、吸附占主導(dǎo)，載流子濃度略有減小。在本研究中，存在一個(gè)氣壓值為6Pa的臨界沉積氣壓。臨界氣壓以下，當(dāng)沉積氣壓升高時(shí)，薄膜表面的H原子覆蓋和SiH3粒子增多，薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸增大；臨界氣壓以上，當(dāng)沉積氣壓升高時(shí)，薄膜表面的H原子覆蓋減少，薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸減小。另外，當(dāng)沉積氣壓升高時(shí)，BH3粒子增多，但吸附方式從化學(xué)吸附逐漸變?yōu)槲锢砦?，因而載流子濃度先迅速增大后緩慢增大甚至減小。在此基礎(chǔ)上我們成功制備出晶化率為67.6％