PECVD硅薄膜的微观结构及光/电学性能研究

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硅薄膜太阳能电池作为一种新型太阳能电池,因其低耗材、低成本、制备工艺简单和便于大规模生产等优点,使其具有广阔的市场应用前景。但是硅薄膜内部的结构缺陷导致其光电转换效率低并且电池稳定性差,限制了硅薄膜太阳能电池的发展。本课题从材料学角度出发,直接制备晶化的硅薄膜,从本质上优化非晶硅的无序网络结构,降低结构缺陷对载流子运动的影响,改善硅薄膜的电学性能,从而达到提高硅薄膜太阳能电池的光电转换效率以及稳定性的目的。
　　本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在其它工艺参数最优的条件下,制备了不同沉积时间和不同反应气体气流量两个系列的硅薄膜样品,利用台阶仪、原子力显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、紫外一可见分光光度计和少子寿命仪等不同的检测分析方法,研究了沉积时间和反应气体气流量对硅薄膜的微观结构和光/电学性能的影响,并且讨论了硅薄膜的生长过程中的结构变迁。研究结果表明:
　　PECVD方法制备硅薄膜的微观结构变迁过程为:沉积初始阶段,薄膜首先沉积几十纳米的非晶过渡层,随着沉积时间的延长,薄膜内部能量累积增大使其出现晶化现象,微观结构由非晶相向晶相转变,晶粒的大小及分布不均匀,并且薄膜的晶化率和晶粒尺寸随时间的延长而增大,达到一定程度后,其增长趋势变缓。硅薄膜的厚度和沉积速率随沉积时间的延长而增大,光学带隙呈先增大后减小的趋势,少子寿命明显提高。这说明在一定范围内延长沉积时间有利于提高硅薄膜的原子排列有序度及其电学性能,进而提高硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。
　　随着反应气体气流量的减小,硅薄膜的厚度和沉积速率不断减小,晶化率略微下降,平均晶粒尺寸先增大后减小,晶粒大小分布均匀致密;薄膜的光学带隙呈先减小后增大的趋势,而少子寿命则先增大后减小。这说明在一定范围内减小反应气体气流量可以明显降低薄膜的沉积速率,有利于提高硅薄膜的晶粒尺寸及微观结构的均匀性,进而提高其电学性能。

著录项

作者
董丹;
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作者单位

西安理工大学;

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授予单位西安理工大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名蒋百灵;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.055;TM914.42;
关键词
硅薄膜太阳能电池; 硅薄膜; 化学气相沉积; 反应气体气流量; 微观结构; 光电转换效率; 少子寿命;

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