PECVD法制备P型非晶硅薄膜及多晶硅薄膜

摘要

硅薄膜太阳能电池相对于单晶硅和多晶硅太阳能电池而言，具有所消耗硅材料少，成本低的特点，尤其是廉价衬底的引入，使硅基薄膜太阳能电池在成本控制方面具有更强的市场竞争力。非晶硅薄膜太阳能电池是目前光伏市场研究热点，多晶硅薄膜以其优异的光电性能和较低的制备成本在能源信息工业中，日益成为一种非常重要的电子材料，被广泛应用于大规模集成电路和半导体分立器件。高效、稳定、廉价的多晶硅薄膜太阳电池有可能替代非晶硅薄膜太阳电池成为新一代无污染民用太阳能电池。 采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术，在普通玻璃衬底上以SiH4和B2H6为气源制备出均匀的硼掺杂P型非晶硅薄膜，利用NKD系统、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段系统研究了不同反应气体浓度、辉光功率和衬底温度对制备硅薄膜沉积速率和光电特性的影响，并从机理层面给出了解释。实验结果表明，射频功率增加时，非晶硅薄膜沉积速率增加；硼的掺入对薄膜的生长速率有影响，当硼烷浓度达到1.0％时，薄膜的生长速率最大，达到3.3nm/min；随着衬底温度的升高，非晶硅薄膜的生长速率增大。掺硼的P型非晶硅薄膜较本征非晶硅薄膜的光吸收系数下降一个数量级，光学禁带宽度约1.60eV左右，电导率约为10-3S/cm；以SiH4、B2H6和CH4混合气体为气源制备P型a-SiC:H窗口层材料，薄膜光学带隙达到2.0eV左右，电导率为10-5S/cm。 采用等离子增强化学气相沉积PECVD法，在玻璃衬底上以SiCl4/H2为反应气体在低温条件下制备出多晶硅薄膜。利用NKD系统、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)等手段系统研究了不同反应功率、反应压力、气体流量、基片温度等工艺条件下制备多晶硅薄膜的晶化与光学性质。实验结果表明，在适当大小沉积功率(100W)、适当SiCl4反应浓度(35％)以及适当反应压强(80Pa)条件下制备的多晶硅薄膜具有较好晶化程度，且晶化程度随反应温度上升而提高。此外，适当减小反应气体量与反应室容积比例，可以使薄膜晶化率有所提高，且在沉积功率较大时更为显著。本实验条件下薄膜晶化率最高达到80％，平均晶粒尺寸200nm以上，沉积速率最大为7.5nm/min。所制备的多晶硅薄膜光吸收系数约在5×104cm-1左右，光学带宽约1.5eV，二者均随薄膜晶化程度的提高有所下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1非晶硅薄膜

1.1.1非晶硅薄膜的应用

1.1.2非晶硅的微观结构

1.1.3非晶硅材料的能带结构和电学性能

1.1.4 a-Si材料和光致衰退机制

1.1.5非晶硅薄膜的掺杂机理

1.2多晶硅薄膜

1.2.1多晶硅薄膜的结构

1.2.2多晶硅薄膜的制备方法概述

1.3 PECVD法制备薄膜的机理

1.4本文研究内容及目的

2实验设计

2.1实验设备

2.2实验测试与表征方法

2.2.1 X射线晶体衍射分析(XRD)

2.2.2扫描电子显微镜(SEM)

2.2.3拉曼光谱(Raman)

2.2.4薄膜厚度与光学性能测试

2.2.5薄膜样品电学性能测试

3硼掺杂P型非晶硅薄膜制备实验

3.1射频功率对硼掺杂氢化非晶硅薄膜生长的影响

3.1.1薄膜的生长速率与结构分析

3.1.2射频功率对薄膜光电性能的影响

3.2硼烷掺杂浓度对氢化非晶硅薄膜生长的影响

3.2.1薄膜的生长速率与结构分析

3.2.2不同掺杂浓度对薄膜光电性能的影响

3.3衬底温度对硼掺杂氢化非晶硅薄膜生长的影响

3.3.1薄膜的生长速率与结构分析

3.3.2不同衬底温度对薄膜光电性能的影响

3.4碳掺杂P型非晶硅薄膜的光电性质研究

3.5本章小结

4 SiCl4/H2为气源制备多晶硅薄膜

4.1沉积功率对制备多晶硅薄膜的影响

4.1.1晶化率、沉积速率和形貌分析

4.1.2光学性质分析

4.2 SiCl4浓度对制备多晶硅薄膜的影响

4.2.1晶化率、沉积速率和形貌分析

4.2.2光学性质分析

4.3反应压强对制备多晶硅薄膜的影响

4.3.1晶化率、沉积速率和形貌分析

4.3.2光学性质分析

4.4反应温度对制备多晶硅薄膜的影响

4.4.1晶化率、沉积速率和形貌分析

4.4.2光学性质分析

4.5反应气体流量大小对薄膜晶化程度的影响

4.6本章小结

5结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文