大晶粒多晶Si薄膜的结构特征与光电特性

摘要

本工作采用高频感应化学气相淀积(HFCVD)技术，以SiH4为反应气体源，在石英衬底表面上制备了大晶粒多晶硅(pc-Si)薄膜。实验研究了衬底温度、反应压强和SiH4浓度等工艺参数对 HFCVD生长 pc-Si薄膜的晶粒尺寸和光学性质的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线单晶衍射(XRD)和Raman光谱等技术手段，对 pc-Si薄膜的结构特性进行了分析表征。利用紫外分光光度计和霍尔测试仪测试了pc-Si薄膜的光电特性。初步探讨了HFCVD原位掺杂生长中掺硼(B)浓度对 pc-Si薄膜光电特性的影响。结果指出，pc-Si薄膜的晶粒尺寸随衬底温度、反应压强、SiH4浓度和掺 B浓度的增加呈现不同的变化趋势。在衬底温度为1000℃，反应压强为200Torr，掺杂浓度为0.83％(Si:B=1000:8.3)条件下，得到晶粒尺寸为2.5μm、光学带隙为～1.55 eV的pc-Si薄膜。实验还发现，pc-Si薄膜随 B掺杂浓度的增加而变厚，薄膜的结晶程度则随掺杂浓度的增加呈现先增大后减小的趋势。在B浓度较低时，薄膜晶粒尺寸会随掺杂浓度的增加而增大.当浓度增加到一定值时，晶粒尺寸大小将不再发生变化。定性分析认为,这种现象与B原子在薄膜生长过程中对衬底表面发生的H2解吸的促进作用有关。B的掺入会降低 H2解吸势垒，促进衬底表面 H的解吸过程，从而增加了薄膜的淀积速率，并导致薄膜晶粒尺寸的变化。利用所制备的大晶粒 pc-Si薄膜设计了nc-Si:H/pc-Si异质结，并测试了该异质结在暗室和光照条件下的I-V特性。结果表明，异质结的界面态显著影响异质结光生电流的大小。而随着退火后样品界面态密度的降低，异质结的光生电流明显提高。在面积为0.25cm2的石英衬底上获得了nc-Si:H/pc-Si异质结的光伏参数为：短路电流 Isc=25.2mA，开路电压 Voc=250mV，填充因子FF=55.4％。

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第 1 章 引言

1.1 薄膜太阳电池的发展概况

1.2 多晶 Si 薄膜太阳电池的研究进展

1.3 多晶 Si 薄膜的光电特性

1.4 本课题的研究内容

第 2 章 实验方法

2.1 pc-Si 薄膜制备

2.2 pc-Si 薄膜的表征方法

第 3 章 大晶粒多晶 Si 薄膜的结构特征和光学性质

3.1 pc-Si 薄膜的晶粒间界性质

3.2 工艺参数对薄膜微观结构的影响

3.3 pc-Si 薄膜的光学性质

3.4 工艺参数对薄膜光学性质的影响

第 4 章 掺硼大晶粒多晶 Si 薄膜的光电特性

4.1 掺杂浓度对薄膜微观结构的影响

4.2 电学特性

4.3 光学性质

第 5 章 nc-Si:H /pc-Si 异质结的 I-V 特性

5.1 异质结太阳电池的光伏原理

5.2 nc-Si:H/pc-Si 异质结的制备

5.3 异质结光伏电池的 I-V 特性

第 6 章 结论

参考文献

致 谢

硕士研究生在读期间发表的论文