等离子辅助反应热CVD法制备微晶硅锗材料及电池应用

摘要

微晶硅锗与目前广泛研究的微晶硅材料相比具有带隙更窄，吸收系数更高等优点，作为叠层电池的底电池有源层材料将更有利于吸收太阳光中的长波部分，因此正在成为国际上研究的热点。 本论文在研究了反应热化学气相沉积(RTCVD)法的基础上，首次提出等离子辅助反应热化学气相沉积(PA-RTCVD)技术，与单纯的反应热化学气相沉积法相比，具有可以和传统的PECVD法制备非晶硅和微晶硅技术兼容的优点。采用Si<,2>H<,6>和GeF<,4>作为反应气体制备微晶硅锗薄膜，分别研究了反应过程中衬底温度、氢稀释率、GeF<,4>/Si<,2>H<,6>流量比、等离子功率和压强等参数对材料结构及光电特性的影响。我们发现：在实验研究的范围内，随着衬底温度的升高材料光电特性变差；材料晶化率随着氢稀释率的增大而提高；在反应中加入一定量的GeF<,4>有利于制备出高质量的微晶硅锗。通过优化反应条件制备出了晶化率大约60％、光敏性接近10<'3>的器件质量级微晶硅锗材料。此外，论文中还对GeF<,4>与Si<,2>H<,6>的热反应对沉积过程的影响进行了讨论。在材料研究的基础上，我们制备了单结p-i-n型微晶硅锗太阳能电池。在没有界面处理和背反射的情况下首次获得了4.1％的初始效率。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2研究背景

1.2.1太阳能电池研究意义

1.2.2硅基薄膜太阳能电池简介

1.2.3微晶硅锗薄膜材料研究的意义

1.3微晶硅锗电池的研究现状

1.4本论文的目标

1.5本论文的组织

第二章测试方法和设备简介

2.1材料测试

2.1.1电学特性测试

2.1.2光学特性测试

2.1.3材料微结构测试

2.1.4材料成分测试

2.2太阳能电池特性测试

2.2.1单晶硅pn结二极管模型

2.2.2 pin型电池

2.2.3微晶硅锗太阳能电池

2.2.4太阳能电池电学特性测试

2.3实验设备简介

第三章等离子辅助反应热CVD法的提出

3.1引言

3.2 RTCVD法制备多晶硅锗材料的研究

3.2.1 RTCVD原理介绍和材料研究

3.2.2反应热CVD应用于太阳电池中的不足

3.3 PECVD技术的特点

3.3.1频率对PECVD法制备材料的影响

3.4等离子辅助反应热CVD法的初步尝试

3.5本章小结

第四章本征微晶硅锗材料的研究和在电池中的初步应用

4.1引言

4.2衬底温度对材料特性的影响

4.2.1衬底温度对材料结晶的影响

4.2.2衬底温度对生长速率的影响

4.2.3衬底温度对材料电学特性的影响

4.2.4分析和讨论

4.3氢稀释率对材料特性的影响

4.3.1氢稀释率对材料结构特性的影响

4.3.2氢稀释率对材料电学特性的影响

4.3.3结论

4.4 GeF4流量对材料特性的影响

4.4.1 GeF4的加入对反应过程的影响

4.4.2 GeF4流量对μc-SiGe材料特性的影响

4.5辉光功率对材料特性的影响

4.6反应气压对材料特性的影响

4.6.1反应气压对材料结构特性的影响

4.6.2反应气压对材料电学特性的影响

4.7小结

4.8微晶硅锗电池初步研究

第五章结论与展望

5.1结论

5.2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