太阳能电池用多晶硅薄膜的制备与表征

摘要

在环境与能源危机的今天，太阳能电池作为绿色环保能源深入人心。多晶硅薄膜太阳电池同时兼具晶体硅电池和非晶硅电池的优点于一身，即将成为未来最具发展前景的太阳能电池之一。
　　本课题分别采用LPCVD方法和PECVD方法生长了微晶硅和非晶硅薄膜，并引入固相晶化法制备出高质量的多晶硅薄膜。通过激光拉曼光谱、X射线衍射仪以及扫描电镜的测试手段，系统的研究了退火温度、掺杂浓度、沉积温度等工艺参数的变化对多晶硅薄膜结晶状态、表面形貌及电学性能的影响规律。
　　LPCVD和PECVD生长的微晶/非晶硅薄膜在相同的热处理条件下制备出多晶硅薄膜差别很大。前者制备的薄膜晶粒尺寸小，表面平滑光亮，存在由于设备及实验条件等原因引起的多种缺陷；后者制备的多晶硅薄膜晶粒尺寸大、表面粗糙不平，存在明显的晶粒间界和少量的表面缺陷。
　　退火可以引起多晶硅薄膜结晶状态、杂质分布及薄膜电性能等诸多性质的变化。退火温度升高，薄膜晶化率提高，使薄膜结晶更加完全；其晶粒尺寸随着退火温度升高先增大后减小。且由于退火温度升高引起n型掺杂多晶硅薄膜中的Si-P键数目增多，降低了晶界势垒，薄膜的电阻率减小。离子注入后的杂质在多晶硅薄膜内呈现高斯分布，退火的温度升高后，杂质离子能越过晶界势垒向薄膜内部均匀扩散，最终由于退火温度过高使部分杂质穿过阻挡层而进入了衬底层，薄膜内杂质浓度降低。
　　掺杂可以使多晶硅薄膜晶化率提高，薄膜晶粒尺寸增大。然而，掺杂浓度过高或不均匀会导致薄膜表面缺陷的增多。在相同退火条件下，薄膜的晶粒大小随着掺杂浓度的升高而减小；由于Si-P键随着掺杂浓度升高而增多，载流子数目增加，薄膜的方块电阻值也随之减小。

目录

太阳能电池用多晶硅薄膜的制备与表征

FABRECATIOFABRECATION AND CHARACTERIZATION OFPOLYCRYSTALLINE SILICON THIN FILMSAPPLIED TO SOLAR CELL

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2太阳能电池的研究进展

1.2.1单晶硅太阳能电池

1.2.2多晶硅太阳能电池

1.2.3非晶硅薄膜太阳能电池

1.2.4多晶硅薄膜太阳能电池

1.2.5其它薄膜太阳能电池

1.3多晶硅薄膜的制备

1.3.1直接制备法

1.3.2间接制备法

1.4课题研究的目的和意义

1.5主要研究内容

第2章实验设计、设备与分析方法

2.1实验设计

2.1.1LPCVD及二次晶化法制备多晶硅薄膜

2.1.2PECVD及固相晶化法制备多晶硅薄膜

2.2实验设备

2.2.1低压化学气相沉积（LPCVD）设备

2.2.2等离子增强化学气相沉积（PECVD）设备

2.2.3常规热退火炉

2.3分析表征方法

2.3.1拉曼光谱（Raman）

2.3.3X射线衍色分析（XRD）

2.3.2扫描电子显微镜（SEM）

2.3.4四探针测试仪

第3章LPCVD制备微晶硅薄膜及热处理工艺

3.1LPCVD制膜工艺

3.2退火温度对多晶硅薄膜二次晶化的影响

3.2.1薄膜晶化率与晶粒尺寸分析

3.2.2薄膜表面形貌与表面缺陷分析

3.3离子注入对薄膜二次晶化的影响

3.3.1薄膜晶化率与晶粒尺寸分析

3.3.2薄膜表面形貌与表面缺陷分析

3.4退火温度对P离子注入薄膜的影响

3.4.1薄膜晶化率与晶粒尺寸分析

3.4.2薄膜表面形貌与表面缺陷分析

3.5本章小结

第4章PECVD及固相晶化制备多晶硅薄膜

4.1PECVD制备非晶硅薄膜

4.1.1不同沉积温度制备本征a-Si薄膜

4.1.2制备不同PH3掺杂浓度n型a-Si薄膜

4.2固相晶化制备多晶硅薄膜

4.2.1不同沉积温度a-Si热退火

4.2.2不同PH3掺杂浓度a-Si薄膜热退火

4.2.3不同磷离子注入剂量a-Si薄膜热退火

4.3退火温度对非晶硅薄膜的影响

4.3.1退火温度对本征a-Si薄膜的影响

4.3.2退火温度对磷烷掺杂a-Si薄膜的影响

4.3.3退火温度对离子注入a-Si薄膜的影响

4.4退火温度对杂质分布的影响

4.5薄膜电阻的变化规律

4.6本章小结

结论

参考文献

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致谢