基于PECVD中SiF4/H2/Ar混合气体的材料性能及刻蚀效应研究

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在第二代太阳能电池光伏技术中，硅薄膜有着其独特的优势，是一种非常有前景的光伏材料。通常，硅薄膜的制备方法是用SiH4/H2混合气体进行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，而在法国的界面与薄膜物理实验室(LPICM)，开展了基于SiF4/H2/Ar混合气体的PECVD沉积研究，所制备的硅薄膜材料具有良好的性能。并且，在实验研究中提出了一个揭示沉积硅薄膜时 SiF4/H2/Ar等离子体反应过程的唯象模型，这一模型对于指导硅薄膜材料的制备工艺具有重要的指导意义。
　　为了进一步验证该唯象模型，探讨硅薄膜微观结构的影响因素，并最终提高微晶硅薄膜材料的性能，本文针对微晶硅的孵化时间(incubation time)、晶粒尺寸及晶化机制等进行了一系列的实验研究。实验中发现了与等离子体中产生的晶化纳米颗粒有关的微晶硅薄膜晶化机制，并通过减缓PECVD反应室中晶化纳米颗粒的抽出，使其在沉积结束时附着在薄膜表面，推算了其尺寸以及密度等信息。
　　目前对微晶硅薄膜太阳能电池的研究已经十分普遍，但纯粹的实验研究可能存在盲目性，且通常耗时长，成本高。因此本文使用了SCAPS-1D软件针对随沉积条件而改变的微晶硅薄膜晶化率进行了计算机模拟研究，探讨了与氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳能电池的本征层晶化率有关的微观参数对其性能的影响，并给出了与晶化率为100％的氟化微晶硅(μc-Si:H,F)薄膜电池的较高开路电压(VOC)值有关的物理参数。
　　在PECVD中用SiF4/H2/Ar混合气体制备硅薄膜电池时，通常会改变SiF4和H2的浓度比率来制备不同微观结构的薄膜，本文用实验方法研究了反应器中的多余SiF4或H2的刻蚀效应对不同的硅基底材料的性质尤其是表面形貌可能造成的改变。刻蚀反应中所使用的硅基底包括 a-Si薄膜、原切割单晶硅片以及双面抛光的单晶硅片，并在每次实验中将两个相同的样品分别放置于PECVD反应室的接地电极和射频输入电极上，来研究两电极上不同的最大离子轰击能对刻蚀结果的影响。

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作者
唐苗;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科新能源科学与工程
授予学位硕士
导师姓名何光源,林一歆;
年度 2015
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TM914.42;
关键词
太阳能电池; 硅薄膜; 混合气体; 刻蚀效应; 材料性能; PECVD制备方法;

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