MWECR CVD制备a-Si:H薄膜光稳定性研究

论文摘要

由于非晶硅薄膜具有制备工艺简单、原材料价格低廉和可实现大面积大规模自动化批量生产及光敏性好等绝对优势,目前已得到越来越广泛地重视和应用。本论文主要是对MW-ECR CVD系统沉积的a-Si:H薄膜进行了一系列的光电特性的测试研究工作。通过分析Layer-By-Layer方法、化学退火法不同的制备工艺条件对薄膜光电特性的影响,得到合理化的制备工艺条件,以期将非晶硅优良光电特性与微晶硅的高稳定性相结合,从而制备高光敏性和低光致衰退性的非晶硅薄膜。氢化非晶硅薄膜具有独特的光电特性,我们分析了采用LBL方法的制备工艺条件对氢化非晶硅薄膜的光敏性的影响。Layer-By-Layer方法的制备工艺条件很多,我们在以往实验和理论分析的基础上,介绍了对光敏性影响最为重要的工艺条件:1、循环次数的影响,实验表明随着循环次数地增加,光敏性变差;2、H稀释比的影响,随着H稀释比的不断增加,H对生长表面的轰击不断增强,这些轰击能优先消除高能缺陷结构而留下稳定的结构,从而使生长层结构致密,减少缺陷态密度,提高薄膜的光敏性。自从SW效应发现以来,这种亚稳特性一直制约氢化非晶硅薄膜在应用过程中地进一步发展。我们在以前理论模型的分析基础上,结合试验结果,对这一现象进行了进一步地分析,讨论了硅氢键结构和非晶硅的微晶化对氢化非晶硅薄膜稳定性的影响:1、由于H的电负性比Si大,使得团聚的Si-H键更能弱化周围的（SiSi）H,在弱的（SiSi）H处的电子和空穴发生非辐射复合,使临近位置产生化学键的重组,产生亚稳态;我们希望制备的a-Si:H薄膜,在一定的H含量下,以孤独的Si-H键形式为主,且相对含量越多越好,同时团聚的Si-H键含量越少越好;2、通过氢化非晶硅的微晶化提高了薄膜的稳定性,晶化边缘处的非晶硅层也比较稳定,但晶化导致薄膜光敏性一定程度地降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 非晶硅太阳能电池
• 1.3 a-Si:H薄膜的研究历史以及发展现状
• 1.3.1 a-Si:H薄膜的研究历史
• 1.3.2 a-Si:H薄膜的发展现状
• 1.4 非晶硅薄膜的光致变化
• 1.5 本论文的目的和研究内容
• 第2章 HW MWECR CVD沉积系统
• 2.1 a-Si:H薄膜的制备方法与MWECR-CVD
• 2.1.1 a-Si:H薄膜的制备方法
• 2.1.2 MWECR-CVD
• 2.2 a-Si:H薄膜的生长机制
• 2.3 本章小结
• 第3章 a-Si:H薄膜的光电特性
• 3.1 a-Si:H的结构特点
• 3.2 a-Si:H的能带模型
• 3.3 a-Si:H中硅氢键的键合形式及其能量
• 3.3.1 a-Si:H中硅氢键的各种键合形式
• 3.3.2 H在a-Si:H中不同位置的能量
• 3.4 a-Si:H的光学性质
• 3.5 a-Si:H的电学性质
• 3.5.1 非晶半导体的导电机理
• 3.5.2 a-Si:H的暗电导
• 3.5.3 a-Si:H的光电导
• 3.5.4 a-Si:H光暗电导、光衰退性的测量
• 3.6 Layer-By-Layer方法制备的a-Si:H薄膜光敏性研究
• 3.6.1 Laye-By-Layer方法循环次数对光敏性的影响
• 3.6.2 Layer-By-Layer方法中H稀释度的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 a-Si:H薄膜光致衰退的研究
• 4.1 a-Si:H薄膜光致衰退及其相关理论模型
• 4.1.1 a-Si:H薄膜的SW效应
• 4.1.2 SW效应的微观模型解释
• 4.2 Si-H键对a-Si:H薄膜稳定性的影响
• 4.2.1 关于亚稳态、运动的H
• 4.2.2 运动H的深俘获
• 4.3 微晶化对a-Si:H薄膜稳定性的影响
• 4.3.1 Layer-By-Layer 方法与传统制备方法的比较
• 4.3.2 化学退火处理与传统制备方法的比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢