非晶碳及非晶碳化硅薄膜的制备及光学性能研究

论文摘要

太阳能因具有取之不尽用之不竭、清洁无污染等优点,发展前景十分广阔。在有效利用太阳能方面,太阳能电池是近年来最具活力、发展最快的研究领域之一,受到各国高度重视。太阳能电池的开发应用已逐步走向产业化和商业化,在人们的生产、生活中占据日益重要的地位。氢化非晶碳化硅（a-SiC:H）薄膜具有较宽的光学带隙,是pin型非晶硅薄膜太阳能电池较为理想的窗口材料。氢化非晶碳（a-C:H）薄膜具有红外区域透过率高、硬度高、耐摩擦、热膨胀系数小等优点,可作为太阳能电池的保护膜和抗红外反射膜。本文采用传统的射频等离子增强化学气相沉积（RF-PECVD）方法制备a-C:H及a-SiC:H薄膜。借助激光拉曼光谱（Raman）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和紫外可见（UV-Vis）光谱等手段,重点研究氢气/甲烷（H2/CH4）流量比、甲烷/硅烷（CH4/SiH4）流量比和射频功率等工艺参数对薄膜沉积速率、微结构、成键情况以及光学性能的影响。取得的主要研究成果如下:（1）增大H2/CH4流量比和射频功率有助于提高a-C:H薄膜的沉积速率,但过高的射频功率反而会降低薄膜沉积速率;a-SiC:H薄膜沉积速率随着CH4/SiH4流量比的增加而降低。（2）随着H2/CH4流量比的增加,a-C:H薄膜Raman光谱中D峰和G峰向低波数方向移动,sp3键的含量增加,薄膜中金刚石成分增加,D峰和G峰的强度之比ID/IG值减小;随着射频功率的提高,sp2键的含量增加,薄膜中石墨相成分增加,ID/IG值增大。对于a-SiC:H薄膜,Raman测试结果表明,随着CH4/SiH4流量比的增加,薄膜的有序度逐渐降低。FITR测试结果表明,a-SiC:H薄膜中Si-C键和C-C键的强度随着CH4/SiH4流量比的增加而增大。（3） UV-Vis光谱研究表明,随着H2/CH4流量比的增加,a-C:H薄膜的透过率增加,吸收边随之向短波方向移动,光学带隙增大;随着射频功率的提高,薄膜的透过率减少,吸收边随之向长波方向移动,光学带隙减小。结合Raman分析结果可知,a-C:H薄膜透过率和光学带隙与sp2键和sp3键的相对含量有密切联系,相对含量越高,薄膜中石墨相的成分越多,薄膜透过率越低,光学带隙越小。对于a-SiC:H薄膜,UV-Vis光谱结果表明,CH4/SiH4流量比对a-SiC:H薄膜光学带隙的影响较为显著,随着混合气源中CH4浓度的增加,薄膜的光学带隙一直呈上升趋势。但是,a-SiC:H薄膜的光学带隙随着射频功率的增大略有下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能及太阳能薄膜电池
• 1.1.1 太阳能及其特点
• 1.1.2 太阳能薄膜电池的分类及发展
• 1.1.3 非晶硅薄膜太阳能电池及其特点
• 1.2 氢化非晶碳（a-C:H）薄膜
• 1.2.1 历史及现状
• 1.2.2 结构与特点
• 1.2.3 制备方法简介
• 1.2.4 应用情况
• 1.3 氢化非晶碳化硅（a-SiC:H）薄膜
• 1.3.1 历史及现状
• 1.3.2 结构与特点
• 1.3.3 制备方法简介
• 1.3.4 应用情况
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 第二章 薄膜制备及测试方法
• 2.1 RF-PECVD 设备结构及操作步骤
• 2.2 薄膜制备材料及基片准备
• 2.3 薄膜性能表征方法
• 2.3.1 椭圆偏振（Ellipsometry）
• 2.3.2 X 射线衍射（XRD）
• 2.3.3 激光拉曼光谱（Raman）
• 2.3.4 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.3.5 紫外-可见光谱（UV-Vis）
• 第三章 a-C:H 薄膜的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 薄膜的制备
• 2/CH₄流量比对a-C:H 薄膜的影响'>3.3 H₂/CH₄流量比对a-C:H 薄膜的影响
• 3.3.1 薄膜沉积速率研究
• 3.3.2 XRD 分析
• 3.3.3 Raman 光谱分析
• 3.3.4 薄膜光学带隙研究
• 3.4 射频功率对a-C:H 薄膜的影响
• 3.4.1 薄膜沉积速率研究
• 3.4.2 Raman 光谱分析
• 3.4.3 薄膜光学带隙研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 a-SiC:H 薄膜的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 薄膜的制备
• 4/SiH₄ 流量比对a-SiC:H 薄膜的影响'>4.3 CH₄/SiH₄ 流量比对a-SiC:H 薄膜的影响
• 4.3.1 薄膜沉积速率研究
• 4.3.2 XRD 分析
• 4.3.3 Raman 光谱分析
• 4.3.4 FTIR 光谱分析
• 4.3.5 薄膜光学带隙研究
• 4.4 射频功率对a-SiC:H 薄膜的影响
• 4.4.1 薄膜沉积速率研究
• 4.4.2 薄膜光学带隙研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果