非晶硅薄膜的YAG激光退火技术研究

论文摘要

新型环保可再生能源是当前新能源领域研究的热点,太阳能在众多新能源中占有重要的地位,太阳能电池作为太阳能应用的手段之一,其研究和应用的速度越来越快。单晶硅和多晶硅太阳能电池受成本制约难以普及,因而成本相对较低的非晶硅薄膜太阳能电池成为当前太阳能光伏领域研究的热门。非晶硅薄膜电池的衬底材料在太阳能电池成本中占相当的比例,低成本衬底材料的开发是非晶硅薄膜太阳能电池普及的重要条件。同时,不同衬底材料上的非晶硅薄膜的退火处理也是太阳能电池制造的一个重要工艺步骤,是制约生产成本的一个重要环节。非晶硅薄膜的激光退火工艺是一个新兴的研究领域,具有相当高的研究价值。本文利用廉价的工业级高掺杂多晶硅作为衬底材料,采用等离子化学气相沉积(PECVD)设备在衬底表面沉积非晶硅薄膜,使用YAG脉冲激光器对非晶硅薄膜进行退火处理,研究不同激光脉冲频率下非晶硅薄膜的晶化情况。实验结果表明,脉冲激光退火工艺可使非晶硅薄膜快速结晶,生成纳米级微晶颗粒,激光脉冲的频率对结晶度有重要影响。同时,电学测试表明,衬底中的杂质未明显在非晶硅薄膜中扩散。这对高掺杂多晶硅衬底在工业化低成本非晶硅薄膜太阳能电池中的应用具有积极的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究历史与现状
• 1.2.1 非晶硅半导体材料
• 1.2.2 非晶硅材料的能带结构和电学性能
• 1.2.3 非晶硅太阳电池的现状与研究方向
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.3.1 激光退火技术
• 1.3.2 课题的实验方法与内容
• 1.4 论文的组织安排
• 2 非晶硅薄膜PECVD法的制备
• 2.1 非晶硅薄膜的特点
• 2.2 等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术
• 2.3 等离子化学气相沉积过程的微观分析
• 2.4 HQ-2型PECVD系统
• 2.5 非晶硅薄膜沉积实验设计
• 2.5.1 薄膜衬底的选择
• 2.5.2 高掺杂多晶硅衬底的清洗
• 2.5.3 非晶硅薄膜沉积实验流程与参数
• 2.5.4 实验中应注意的事项
• 3 非晶硅薄膜的激光退火处理
• 3.1 激光
• 3.2 激光器
• 3.2.1 分子气体激光器
• 3.2.2 原子气体激光器
• 3.2.3 红宝石激光器
• 3.2.4 离子气体激光器
• 3+:YAG激光器'>3.2.5 Nd³⁺:YAG激光器
• 3.3 激光退火
• 3.3.1 激光退火相对普通热退火的优势
• 3.3.2 激光退火的机理
• 3.4 激光退火实验
• 3.4.1 实验器材与准备条件
• 3.4.2 非晶硅薄膜激光退火实验
• 4 激光退火工艺对非晶硅薄膜的影响
• 4.1 激光退火对薄膜结构与表面形貌的表征与分析
• 4.2 X射线衍射（XRD）测试分析
• 4.3 原子力显微镜（AFM）测试分析
• 4.4 扫描电子显微镜（SEM）测试分析
• 4.5 四探针测试仪电学性能分析
• 4.6 测试分析总结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献