氫化納米硅薄膜的缺陷控制研究.pdf

1、隨著科技進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來越大。尤其在進(jìn)入二十一世紀(jì)的這十幾年時(shí)間當(dāng)中，飛速發(fā)展的工業(yè)化進(jìn)程使得傳統(tǒng)能源逐漸面臨枯竭的危機(jī)，因此如何能找到兼具可持續(xù)性與對(duì)環(huán)境友好的清潔能源則成為人類社會(huì)所關(guān)注的共同焦點(diǎn)。光伏太陽電池因?yàn)榫哂袑⒕G色無污染的太陽光轉(zhuǎn)化為電能的優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。目前晶體硅太陽電池的技術(shù)較為成熟，但晶體硅材料的制造過程會(huì)消耗大量的能源，同時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。而薄膜太陽電池因其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、能源及材料消耗少

2、、制造成本低等優(yōu)勢(shì)，有逐漸取代晶體硅太陽電池的趨勢(shì)。作為新一代薄膜太陽電池的主要材料，氫化納米硅薄膜因其具有高電導(dǎo)率、較好的光熱穩(wěn)定性、較強(qiáng)的光吸收能力、帶隙可調(diào)控、以及易于摻雜等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為光伏界關(guān)注的熱點(diǎn)材料。
　　氫化納米硅薄膜是由單晶相與周圍非晶網(wǎng)絡(luò)組成的混相體系材料，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也決定了其內(nèi)部不可避免的含有一定量的孔洞及邊界等缺陷結(jié)構(gòu)區(qū)域。在這些缺陷結(jié)構(gòu)處存在大量的未飽和硅懸掛鍵，是材料的主要缺陷來源，另一方面這些缺陷

3、區(qū)域也為來源于后氧化方式而進(jìn)入到材料內(nèi)部的氧雜質(zhì)提供了結(jié)合位置。材料中后擴(kuò)散進(jìn)入的氧雜質(zhì)則可以進(jìn)一步的引入硅氧界面類型缺陷。因此如何有效地鈍化氫化納米硅材料的缺陷以及降低氧雜質(zhì)含量，則成為研究此材料的重點(diǎn)。
　　本文通過等離子體化學(xué)氣相沉積的方式首先制備了一些列不同氫稀釋比條件下的本征樣品，目的是研究高氫稀釋比條件下，氫對(duì)材料微結(jié)構(gòu)以及氧雜質(zhì)的影響。通過拉曼光譜、X射線衍射、透射電子顯微鏡以及光學(xué)透射譜等測(cè)試手段表征了這一系列樣品

4、的微結(jié)構(gòu)以及物性參數(shù)特征。樣品紅外吸收譜則給出了樣品氫氧含量的信息。X射線光電子衍射測(cè)試則給出了氧雜質(zhì)在樣品表面的主要結(jié)合態(tài)信息。另外，根據(jù)氫含量與邊界比例一致的變化關(guān)系，我們得知?dú)淇梢杂行У卣{(diào)控材料的微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步根據(jù)對(duì)紅外吸收譜中硅氫伸展模的分解與擬合，我們?cè)敿?xì)地討論了材料在氫影響下，微結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制以及后氧化的形成機(jī)理，揭示了氧雜質(zhì)在材料中具體的結(jié)合位置為晶界。
　　此外，我們通過外加直流偏壓的方式，制備了另一系列的本征氫化

5、納米硅薄膜樣品。目的在于有效地調(diào)控氫化納米硅材料的缺陷密度以及氧雜質(zhì)含量。根據(jù)電子自選共振、少子壽命兩方面的電學(xué)測(cè)量結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)闹绷髌珘簩?duì)氫化納米硅薄膜起到了明顯的鈍化效應(yīng)，同時(shí)也可以有效地增加材料的致密性。通過對(duì)紅外吸收譜的詳細(xì)計(jì)算與分解擬合，我們分析了材料內(nèi)部成鍵氫與氧雜質(zhì)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，同時(shí)揭示了外加直流偏壓對(duì)材料鈍化作用的機(jī)理。最后，我們通過外加直流偏壓的方式制備了一系列摻雜氫化納米硅樣品。通過對(duì)紅外吸收譜、二次離子質(zhì)譜、以