VHF-PECVD技术沉积高生长率微晶硅薄膜及薄膜的稳定性研究

摘要

降低微晶硅太阳能电池的成本最直接有效的方法是提高沉积速率，这使微晶硅薄膜的高速沉积问题成为太阳能电池产业化进程中一个必须攻克的难题。本文采用高压高功率结合VHF-(甚高频)PECVD的技术路线，实现了微晶硅薄膜材料的高速沉积，并对影响微晶硅薄膜材料沉积速率的因素和影响高速沉积微晶硅薄膜质量的原因进行分析研究。论文主要研究内容和创新工作如下： 系统研究了气压、功率、硅烷浓度、衬底温度、气体流量以及电极间距等因素对微晶硅生长速率的影响，并结合OES 谱分析了影响生长速率的原因。提出增加反应气压和电极间距能够提高微晶硅生长速率。增加气压使硅烷分解增加，反应活性基团扩散到生长表面的几率增加，使沉积速率随着气压增加迅速提高。增大电极间距使等离子体反应空间增加，反应活性基团到衬底的通量增加，令沉积速率随电极间距增大而提高。本文通过调整气压和电极间距的方法将沉积速率从传统低压技术下的1～2/s提高到23/s 以上。 研究了高速沉积下微晶硅薄膜质量的影响因素，发现气体总流量是影响高速沉积薄膜缺陷态密度的关键因素。想在高速沉积情况下得到高质量的微晶硅薄膜，必须通过调整流量保证反应气维持适宜的气体滞留时间。本文制备了生长速率在23/s 以上，晶化率在40％以上，μτ乘积在10-4cm2/V 左右，具有<220>晶相择优的高速高质量微晶硅薄膜样品。 研究了不同沉积速率下制备的微晶硅薄膜特性的差异。结果发现，与低速沉积的微晶硅薄膜相比，高速沉积的微晶硅薄膜具有非晶孵化层较厚、纵向结构均匀性较差、晶粒尺寸较大、薄膜致密性较差及薄膜表面粗糙度较大的特点。 研究了微晶硅薄膜材料稳定性的问题。进行光衰退试验的样品包括了从低晶化率至高晶化率微晶硅的不同晶化率范围，发现材料晶化率大小决定着电池光衰退的多少。光照一段时间后微晶硅电池在光照100 小时以前几乎不衰退，100 小时后逐渐衰退，且2000 小时不饱和。 综上所述，本论文采用高压高功率与VHF-PECVD相结合的方法实现了器件质量级微晶硅的高速沉积，并且研究了影响微晶硅沉积速率及其质量的关键因素，为大幅度降低硅薄膜太阳能电池成本奠定了实验基础。研究了不同沉积速率下制备的微晶硅薄膜的异同，找到了导致高速沉积微晶硅薄膜材料性能降低的影响因素。对微晶硅薄膜材料的稳定性进行了初步研究，发现材料的结构特性尤其是晶化率大小决定着材料的光衰退，微晶硅材料中的非晶硅组分是导致光衰退的主要原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章 绪 论

第二章 微晶硅材料及其电池的物理基础、沉积技术及特性表征方法

第三章 影响微晶硅薄膜材料高速沉积的因素

第四章 影响微晶硅薄膜特性的因素

第五章 高速沉积微晶硅材料特性的影响

第六章 微晶硅材料光衰退

第七章 总结和展望

致 谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果

参 考 文 献