PECVD法制备p型微晶硅锗材料的研究

摘要

为了进一步推进非晶硅薄膜太阳电池的产业化,人们提出利用非晶硅、微晶硅与硅锗材料形成三结电池结构以达到提高效率、降低衰退的目的。 微晶硅锗材料具有吸收系数高、带隙可调、光谱响应范围宽等特点,常被用做多结电池的底电池材料。目前微晶硅锗太阳电池中的窗口层都是采用微晶硅材料,这样就会造成p/i界面晶格及带隙的不匹配。因此,我们提出采用掺杂的微晶硅锗材料作为电池的窗口层,从而优化电池的界面匹配,提高电池效率。本文叙述了采用VHF-PECVD技术制备p型微晶硅锗(p-μc-SiGe)薄膜材料,主要对沉积工艺对材料特性的影响及薄膜材料的生长动力学过程进行了实验研究。为p-μc-SiGe薄膜材料的制备提供了一定的理论指导。 在实验研究的范围内,我们发现：随着GeF4浓度的增大,薄膜中的锗含量迅速增大,到一定程度时,材料性能变差,通过与采用GeH4作为反应气体结果对比我们发现,采用GeF4能够更好的控制薄膜中锗的含量；提高氢稀释率和降低掺杂浓度有利于改善材料的晶化率；沉积厚度的增加能使最佳掺杂浓度降低；适当的反应气压和等离子功率既可提高薄膜的均匀性,又可改善薄膜的电学特性；降低掺杂浓度和功率可以增强薄膜的透过率。采用光发射谱技术(optical emission spectra,OES)研究了p-μc-SiGe材料的生长动力学过程,发现增大氢稀释率,等离子体中原子氢的含量增加,而SiH*的含量减小,SiH*和原子氢的比值也减小,因而薄膜材料的晶化率得到提高；提高功率和衬底温度,等离子体中原子氢和SiH*的含量均增大,而SiH*和原子氢的比值却减小；而随反应气压的提高,等离子体中原子氢、SiH*的含量都减小,辉光的暗区越来越明显。 经过系列优化研究,制备出适用于微晶硅锗太阳电池窗口层锗含量约20％的较薄p型微晶硅锗材料。在厚度为27nm时,电导率达到0.74S/cm,激活能达0.037ev,晶化率为49％,在600nm-1100nm波段,材料的平均透过系数超过0.86。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1研究背景

§1.1.1太阳能电池研究意义

§1.1.2硅基薄膜太阳电池在光伏中的地位

§1.1.3硅锗薄膜材料和电池的研究现状

§1.2 p型微晶硅锗薄膜材料研究的意义

§1.3研究课题来源

§1.4本论文的目标和组织结构

第二章 VHF-PECVD技术制备材料的物理及试验基础

§2.1薄膜生长的物理基础

§2.1.1等离子体概述

§2.1.2等离子体增强化学气相沉积

§2.1.3沉积参数对微晶薄膜的影响

§2.2沉积系统简介

§2.2.1甚高频等离子体的特点

§2.2.2沉积系统的试验装置

§2.2.3沉积系统的主要技术指标

§2.3本章小结

第三章材料的特性表征及沉积过程中的原位诊断

§3.1材料测试

§3.1.1薄膜厚度的测试

§3.1.2材料电导、激活能的测量原理

§3.1.3透过率的测试

§3.1.4拉曼散射光谱

§3.1.5霍尔测试

§3.1.6 X射线荧光光谱测试

§3.2光发射谱测量的基本原理与实验装置

§3.3本章小结

第四章p-μc-SiGe：H材料的研究

§4.1引言

§4.2试验过程描述

§4.3 GeF4浓度对材料特性的影响

§4.3.1 GeF4浓度对材料中锗含量的影响

§4.3.2 GeF4浓度对材料结构特性的影响

§4.3.3 GeF4浓度对材料电学特性的影响

§4.4氢稀释及掺杂浓度对材料特性的影响

§4.4.1氢稀释对材料特性的影响

§4.4.2掺杂浓度对材料特性的影响

§4.5 其它沉积参数对材料特性的影响

§4.5.1沉积厚度对材料特性的影响

§4.5.2反应气压对材料特性的影响

§4.5.3 VHF功率对材料特性的影响

§4.6提高材料透过的研究

§4.7 本章小结

第五章 制备p-μc-SiGe：H材料的等离子体光发射谱研究

§5.1 引言

§5.2 p-μc-SiGe与p-μc-Si等离子体光发射谱比较

§5.3工艺参数对p-μc-SiGe：H等离子体光发射谱的影响

§5.3.1氢稀释率对光发射谱的影响

§5.3.2 VHF功率对光发射谱的影响

§5.3.3反应气压对光发射谱的影响

§5.3.4衬底温反对光发射谱的影响

§5.4本章小结

第六章总结和展望

§6.1论文总结

§6.2展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果