磁控溅射法制备非晶硅薄膜及其晶化研究

摘要

在石油和天然气价格不断上涨的今天,可再生能源,尤其是太阳能的研究业已成为各国各大研究小组研究的重点。随着太阳能电池的深入研究,薄膜太阳能电池越来越受到人们的重视。与其他薄膜太阳能电池相比,多晶硅薄膜太阳能电池具备以下的优点:在长波段具有光敏性,能有效吸收可见光,具备可与硅体电池相比拟的转化效率;同时,它的制备工艺简单,成本低廉且不存在光致衰退效应,寿命较长。因此,多晶硅薄膜太阳能电池是新一代太阳能电池的有力候选者,而制备高质量、低成本的多晶硅薄膜材料也被视为未来太阳能电池的发展方向。
　　本文首先采用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,然后分别用常规高温炉退火法和金属诱导晶化法对其进行晶化。通过激光Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和紫外可见光谱等表征方法对不同晶化条件下的样品进行分析研究。
　　常规高温退火的结果表明:随着衬底温度的升高,Raman散射峰出现明显的蓝移,XRD峰变得尖锐,表面形貌变得粗糙,光学带隙变窄,说明薄膜晶化程度逐渐加深。提高样品的晶化温度,我们发现样品 Raman散射峰逐渐接近520cm-1;XRD峰更加尖锐,出现多晶硅的特征峰;表面形貌更加粗糙;光学带隙接近单晶硅的光学带隙。说明非晶硅薄膜已经转化为多晶硅薄膜。延长样品的晶化时间,其Raman光谱、XRD的变化趋势与衬底温度升高时的变化趋势相似。将晶化温度对薄膜晶化的影响与衬底温度、晶化时间的影响作对比可知,晶化温度对薄膜晶化的影响远远大于衬底温度和晶化时间的影响。
　　金属诱导晶化的结果表明:非晶硅薄膜在晶化温度很低时就已经开始晶化,且晶化温度越高(Al膜,温度<600℃;Au膜,温度<400℃),晶化时间越长,越有利于非晶硅薄膜的晶化。Al膜与Au膜诱导非晶硅膜开始转化为多晶硅膜的最低晶化温度均为100℃,但金属Al膜诱导非晶硅薄膜的晶化效果要明显优于金属Au膜诱导的效果。
　　通过对比研究得出,金属诱导晶化法晶化非晶硅薄膜所需要的温度低,时间短,晶化效果较好,因此选择金属诱导晶化更适合于太阳能电池的工业生产。

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第一章 绪 论

1.1 太阳能电池的研究意义

1.2 太阳能电池的发展状况

1.3 多晶硅的结构特点

1.4 多晶硅薄膜的制备方法

1.5 研究目的与研究意义

第二章 实验过程及其测试

2.1 非晶硅薄膜的制备

2.2 金属薄膜的制备

2.3 非晶硅薄膜的晶化

2.4 测试分析方法

第三章 非晶硅薄膜的固相晶化

3.1 XRD谱分析

3.2 Raman光谱分析

3.3 SEM分析

3.4 紫外可见光谱分析

3.5本章小结

第四章 非晶硅薄膜的金属诱导晶化

4.1 铝膜诱导非晶硅薄膜的晶化研究

4.2 金膜诱导非晶硅薄膜的晶化研究

4.3 金属诱导非晶硅薄膜晶化的机理研究

4.4 本章小结

结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果