射频功率对非晶硅膜结构性能及晶化效果的影响

摘要

硅基薄膜太阳能电池具有光吸收系数大、制备工艺简单、低物料和低能耗等诸多优点，得到了太阳能电池领域的普遍关注。但较差的结构稳定性和电学性能使硅基薄膜在太阳能电池领域中的发展受到了极大限制，而这些问题正是由于薄膜中原子排列无序性造成的。因此，制备出性能稳定和光电转换效率高的硅基薄膜已成为近些年来的研究重点。
　　实验利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，在射频功率为35W、100W和160W的条件下制备三组不同的硅基薄膜，并对其进行退火处理。借助XRD、TEM、AFM和少子寿命测试仪等检测手段分析了射频功率和退火温度对薄膜微观结构和电学性能的影响，探究了不同电场环境对硅基薄膜原子排列的影响状态，并总结电场环境对薄膜晶化难易程度的影响规律，最终为能够制备出原子排列有序程度高的硅基薄膜太阳能电池提供理论依据。实验得出的重要结论如下:
　　(1)三种射频功率条件下，硅基薄膜的微观结构随着射频功率的增加并没有出现本质的差异，其结构均表现为非晶态，薄膜原子以无序状态排列。
　　(2)硅基薄膜的少子寿命随着射频功率的增大而增加，说明尽管三种薄膜同为非晶态，但其原子排列状态不尽相同，这是由射频功率的提高引起电场场强的变化导致的，有利于提高原子排列的致密程度。相同退火温度处理后三组硅基薄膜晶化程度的差异，进一步验证了在一定范围内射频功率的提高能够促进薄膜原子有序程度的提升。
　　(3)经700℃和800℃退火处理后，三种薄膜的结构较未退火时均由非晶态转变为晶态，晶化程度达60％以上，且少子寿命都能够达到15μs以上。
　　(4)经计算，在同一热力学条件下，薄膜的晶化程度和晶粒尺寸均随射频功率的增加而增加，反映出高射频功率条件下制备出的硅基薄膜更易于晶化。结合退火前少子寿命随射频功率的变化规律，可以得出射频功率的增加有利于提高薄膜内原子排列的有序性和致密度，而这正是制备优质硅基薄膜太阳能电池所需要的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 太阳能电池简介

1．2 硅基薄膜太阳能电池的简介

1．2．1 硅基薄膜太阳能电池的优点

1．2．2 硅基薄膜太阳能电池的制备方法

1．2．3 硅基薄膜太阳能电池的结构

1．3 原子点阵排列对薄膜性能的影响

1．4 实验的研究目的及意义

2 试样制备和实验方法

2．1 试样基材

2．2 硅基薄膜的制备

2．2．1 PECVD设备简介及其工作原理

2．2．2 镀膜过程及实验参数

2．3 硅基薄膜的微观组织和电学性能检测

2．3．1 薄膜的晶体结构分析

2．3．2 薄膜的厚度分析

2．3．3 薄膜的表面形貌

2．3．4 薄膜的电学性能分析

2．4 技术路线

3 射频功率对硅基薄膜微观结构及电学性能的影响

3．1 不同射频功率下硅基薄膜的微观结构

3．1．1 不同射频功率下沉积的硅基薄膜XRD分析

3．1．2 不同射频功率下沉积硅基薄膜TEM分析(高分辨)

3．1．3 不同射频功率下沉积硅基薄膜的厚度分析

3．1．4 不同射频功率下沉积硅基薄膜的表面形貌及粗糙度分析

3．2 不同射频功率下硅基薄膜的电学性能

3．3 本章小结

4 不同射频功率下制得硅膜的晶化难易程度对比分析

4．1 硅基薄膜退火处理后微观结构分析

4．1．1 不同射频功率、相同退火温度处理后薄膜的晶体结构分析

4．1．2 相同功率，不同退火温度的晶体结构分析

4．2 退火处理后硅基薄膜电学性能分析

4．2．1 不同功率，相同退火温度的电学性能分析

4．2．2 相同功率，不同退火温度的电学性能分析

4．3 硅基薄膜在不同退火条件下的重组模型

4．3．1 不同功率下的薄膜生长模型

4．3．2 不同退火温度下的薄膜结构重组模型

4．4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献