掺磷纳晶硅薄膜的制备及相关特性研究

论文摘要

等离子体增强化学气相沉积方法（PECVD）是制备薄膜材料的几种方法中技术最为成熟、操作较为简单的一种，并且可以制备均匀性高的大面积薄膜。但是采用PECVD方法沉积优质多晶硅薄膜仍必须弄清两个问题：一是薄膜的微结构表征；二是薄膜的输运性质。薄膜的微结构和输运性质决定电池的性能，因此制备优质薄膜是制作太阳能电池的关键。为解决这些问题，目前研究人员多致力于沉积条件的优化及一些辅助手段的采用。本文采用PECVD方法，系统研究了衬底温度、硅烷浓度对本征纳晶硅薄膜晶化率、平均晶粒尺寸的影响，再利用所得结果制备了纳晶硅薄膜，研究了磷掺杂对纳晶硅薄膜晶化率、电导率、平均晶粒尺寸、晶格畸变和光学带隙的影响，用薄膜生长模型和量子点隧穿模型作出了合理解释。结果表明：（1）对本征纳晶硅薄膜，硅烷浓度越低，越有助于晶化，晶化率拐点温度越低；平均晶粒尺寸、晶化率随衬底温度的升高具有相似的变化规律（2）掺磷对N型纳米硅薄膜电导率的影响因素既包括自由载流子浓度，又包括迁移率，而影响本征纳米硅电导率的主导因素是载流子的迁移率，自由载流子浓度影响有限。少量掺磷会促进晶化，提高电导率；但过量掺磷会引起晶格畸变，不利于晶化率和电导率的提高。实验结果可用量子点隧穿（HQD）模型合理解释。（3）纳晶硅薄膜中的硅晶粒分布呈无序状态，没有特定的择优取向分布；晶粒尺寸越小，引起的晶格畸变越大，原因在于晶粒尺寸越小，表面附加压力越大，晶粒畸变越大．（4）纳晶硅薄膜的光学带隙Eopt与晶体的微结构密切相关，掺杂浓度较低时，Eopt减小，掺杂浓度较高时，Eopt增大。（5）磁控反应溅射法制备氧化银薄膜时，氧氩比提高有助于银的氧化，达2：1时银会完全氧化。并据此得出：氧氩比2：1条件下制备的氧化银掩膜的信噪比较高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 太阳能电池的研究背景
• 1.2 太阳能电池的发展
• 1.2.1 第一代太阳能电池
• 1.2.2 第代太阳能电池
• 1.2.3 第三代太阳能电池
• 1.3 薄膜太阳电池的发展
• 1.3.1 硅基薄膜太阳电池
• 1.3.2 化合物半导体薄膜太阳电池
• 1.3.3 染料敏化太阳电池
• 1.4 小结
• 第二章 太阳电池的原理、性能参数及多晶硅薄膜的制备方法
• 2.1 太阳电池的原理
• 2.1.1 理想PN结的伏安特性
• 2.1.2 硅太阳电池的基本结构与工作原理
• 2.2 太阳电池的性能参数
• 2.3 多晶硅薄膜的制备方法
• 2.3.1 化学气相沉积法（CVD,Chemical Vapor Deposition）
• 2.3.2 等离子增强化学气相沉积法（PECVD）
• 2.3.3 低压化学气相沉积（LPCVD）
• 2.3.4 热丝化学气相沉积（HWCVD）
• 2.3.5.光CVD法
• 2.3.6.超高真空CVD
• 2.3.7.催化CVD
• 2.3.8 液相外延LPE
• 2.4 开题思想
• 第三章 PECVD法制备本征纳晶硅薄膜
• 3.1 衬底准备
• 3.2 试验设计
• 3.3 结果及分析
• 4浓度对本征nc-Si:H薄膜晶化率的影响'>3.3.1 SiH₄浓度对本征nc-Si:H薄膜晶化率的影响
• 3.3.2 衬底温度Ts对本征nc-Si:H薄膜晶化率的影响
• 3.3.3 衬底温度对平均晶粒尺寸
• 3.3.4 硅烷浓度对本征纳晶硅薄膜沉积速率的影响
• 3.4 结论
• 第四章 PECVD法制备掺磷纳晶硅薄膜
• 4.1 实验设计
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 掺磷对纳晶硅薄膜晶化率的影响
• 4.2.2.掺磷对薄膜输运性质的影响
• 4.2.3.掺磷对薄膜晶粒尺寸和晶格微观畸变的影响
• 4.2.4.掺磷对薄膜光学带隙的影响
• 4.3 小结
• 第五章 磁控溅射法制备氧化银透明薄膜
• 5.1 引言
• 5.2 实验设计
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 样品的表面形貌和XRD
• x薄膜成分及光学性质的影响'>5.3.2 氧氩比对AgO_x薄膜成分及光学性质的影响
• 5.3.3 温度对氧化银的微结构及成份的影响
• 5.4 结论
• 第六章 结论及下一步设想
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文