异质衬底多晶硅薄膜籽晶层的制备及其性质研究

摘要

太阳能光电转化是利用太阳能资源最为有效的方法之一。目前，晶体硅太阳电池在光伏市场上占据着主导地位，但由于晶体硅的成本高，而大幅度降低其成本在实际操作中有很大的困难。为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅、多晶硅太阳电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳电池成本低廉，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，而效率高于非晶硅薄膜电池。由于多晶硅薄膜材料的性能直接影响着电池效率，为了获得高质量的多晶硅薄膜电池，其中一个重要途径就是设法提高多晶硅薄膜的电学性质，并且制备出优质多晶硅薄膜。
　　本文利用金属诱导结晶法在普通玻璃衬底上制备出了多晶硅籽晶层。并利用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、霍尔测试等多种测试手段对多晶硅籽晶层进行了表征和分析。另外对柔性衬底石墨纸上生长多晶硅薄膜籽晶层的条件进行了初步研究。文中所包含的主要成果和结论如下:
　　1.首先在普通玻璃衬底上、低温条件下、短时间内利用磁控溅射制备出具有玻璃衬底/铝/非晶硅结构的样品，然后在管式退火炉内于一定温度下氮气气氛退火2小时完成铝诱导结晶。扫描电子显微镜和金相显微镜分析表明，通过此方法制备的多晶硅籽晶层具有厚度均匀、连续完整的结构;X射线衍射以及拉曼光谱测试表明该籽晶层具有结晶性良好、晶粒大等特点;霍尔测试表明，该籽晶层属于高掺杂p型，具有良好的电学性质。
　　2.利用磁控溅射在0.25mm厚的石墨纸衬底上制备层非晶硅薄膜，然后对其进行RTA快速热退火使非晶硅快速晶化成多晶硅薄膜籽晶层。通过XRD分析可知，多晶硅薄膜籽晶层出现明显的Si(220)择优取向。并且在相同的退火温度下，随着退火时间的增长，Si(220)择优取向也更为明显。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 太阳电池的发展及研究现状

1．1．1 能源危机和新能源的发展

1．1．2 太阳电池的发展

1．1．3 太阳电池的分类

1．2 薄膜太阳电池

1．2．1 化合物半导体太阳电池

1．2．2 新材料太阳电池

1．2．3 硅基薄膜太阳电池

1．3 异质衬底多晶硅薄膜的制备技术

1．3．1 低温制备技术

1．3．2 高温制备技术

1．4 本论文的研究内容及安排

第2章 异质衬底多晶硅薄膜的制备系统与表征技术

2．1 制备系统

2．1．1 磁控溅射系统

2．1．2 管式退火炉

2．1．3 快速热退火(RTA)系统

2．1．4 CVD系统

2．2 表征技术

2．2．1 X射线衍射

2．2．2 拉曼光谱

2．2．3 扫描电子显微镜

2．2．4 四探针测试

2．2．5 霍尔测试

2．3 本章小结

第3章 铝诱导多晶硅薄膜籽晶层的制备及性质研究

3．1 多晶硅薄膜籽晶层的制备

3．1．1 异质衬底的选择和制备方法

3．1．2 多晶硅薄膜籽晶层的制备工艺

3．2 多晶硅薄膜籽晶层的性质研究

3．2．1 结构和晶粒尺寸

3．2．2 结晶性和择优取向

3．2．3 电学性质

3．3 铝诱导结晶过程分析

3．4 本章小结

第4章 石墨纸衬底上多晶硅薄膜籽晶层的初步研究

4．1 石墨纸的预处理

4．2 制备工艺

4．2．1 磁控溅射制备过程

4．2．2 快速热退火晶化过程

4．3 XRD测试分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 论文总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢