金属(Al、Cu)诱导晶化法制备多晶硅薄膜研究

摘要

多晶硅薄膜电池因其低成本和高转换效率两方面的优势成为当前太阳能电池研究和开发的热点。本文采用金属诱导晶化法制备多晶硅薄膜，研究了不同金属元素对玻璃衬底上的非晶硅薄膜的诱导晶化效果。
　　 本论文是在普通玻璃衬底上，首先采用直流磁控溅射技术在同一真空室中进行连续溅射，沉积结构为Glass氮化硅缓冲层/金属层/a-Si层的薄膜样品，然后将样品在不同工艺下真空退火处理，实现金属诱导晶化法制备多晶硅薄膜。实验通过XRD、紫外-可见分光光度计、光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜以及四点探针等对经金属诱导晶化制备的薄膜样品进行表征，系统研究了金属铝和铜两种不同诱导金属元素下，金属层厚度、退火温度对金属诱导晶化法制备多晶硅薄膜的晶化效果影响规律。通过实验研究，得到以下结论:
　　 (1)退火温度是影响金属诱导晶化非晶硅薄膜的重要因素，在相同退火时间下，随退火温度的提高，硅薄膜样品的晶化效果越好;对于金属铝诱导晶化法，在3000C下即可实现硅薄膜的晶化，但是金属铜诱导晶化法则需在400℃下才能实现。
　　 (2)在金属诱导晶化硅薄膜过程中，多晶硅颗粒的生长具有Si(111)面的择优取向，并且随退火温度的提高，该择优取向也越明显。
　　 (3)诱导金属层的厚度是影响金属诱导晶化非晶硅薄膜的另一个重要因素，当a-Si层厚度一定时，只有适当范围内的金属厚度才能实现金属的诱导晶化过程，且该范围内存在一个最佳值。对于铝诱导晶化法，其需要的金属层较厚:铜诱导晶化法则金属量较少，实验中通过铜诱导晶化法制备出最大直径为86μm的大尺寸多晶硅颗粒。

目录

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摘要

1 绪论

1.1 引言　

1.2 太阳能电池发电原理

1.3 太阳能电池的种类

1.4 多晶硅薄膜制备技术

1.4.1 多晶硅薄膜的直接制备法

1.4.2 多晶硅薄膜的间接制备法

1.5 磁控溅射制备非晶硅薄膜

1.6 课题的研究目的、意义及内容

2 实验方案

2.1 实验材料及试样前处理

2.2 镀膜设备

2.3 镀膜过程

2.4 真空退火

2.5 薄膜性能和组织结构的表征

2.5.1 薄膜的XRD分析

2.5.2 薄膜的显微形貌分析

2.5.3 薄膜的光学性能分析

2.5.4 薄膜的电学性能分析

3 金属Al诱导制备多晶硅薄膜研究

3.1 退火温度对金属Al诱导晶化的影响

3.1.1 XRD测试与分析

3.1.2 紫外-可见光透射光谱分析

3.1.3 光学显微镜分析

3.1.4 四点探针分析

3.1.5 退火温度的影响规律探讨

3.2 Al层厚度对金属Al诱导晶化的影响

3.2.1 XRD测试与分析

3.2.2 紫外-可见光透射光谱分析

3.2.3 光学显微镜分析

3.2.4 四点探针分析　

3.3 SiNx缓冲层对金属Al诱导晶化的影响

3.4 金属铝诱导晶化制备多晶硅薄膜机理

3.5 本章小结

4 金属Cu诱导制备多晶硅薄膜研究

4.1 退火温度对金属Cu诱导晶化的影响

4.1.1 XRD测试与分析

4.1.2 紫外-可见光透射光谱分析

4.1.3 显微镜分析

4.1.4 探讨

4.2 Cu层厚度对金属Cu诱导晶化的影响

4.2.1 XRD测试与分析

4.2.2 紫外-可见光透射光谱分析

4.2.3 显微镜分析

4.3 靶偏压对金属Cu诱导晶化的影响

4.4 衬底对金属Cu诱导晶化的影响

4.5 金属Cu诱导晶化制备多晶硅薄膜的机理探讨

4.6 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文