PECVD法沉积掺杂非晶硅薄膜及其场致诱导晶化研究

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效率低、成本高是太阳能电池发展的瓶颈,薄膜太阳电池在降低成本方面比晶体太阳电池具有更大的优势:一是薄膜化可极大地节省昂贵的半导体材料;二是薄膜电池的材料制备和电池同时形成,因此节省了许多工序。非晶硅薄膜太阳能电池便于实现大规模连续化生产,同时可以采用玻璃等廉价材料作为衬底,因而容易降低成本。多晶硅薄膜电池兼具晶体硅和非晶硅薄膜的优点,被认为是最具有可能替代单晶硅电池和非晶硅薄膜电池的下一代太阳电池,已成为国际上近几年研究开发的热点。   本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在玻璃衬底上制备掺杂非晶硅薄膜,利用紫外-可见光分光光度计、nkd-System Spectrophotometer、SEM、拉曼光谱、XRD、高阻仪对沉积得到的薄膜进行测试,详细的研究了沉积工艺条件(射频功率、掺杂气体的掺杂比、沉积压力、衬底温度)对掺杂氢化非晶硅薄膜的沉积速率、微观结构和光电性能的影响。实验结果表明,硼烷掺杂浓度为0.5%、沉积功率为150 W、衬底温度为200℃、沉积气压为180 Pa的工艺条件下,可制备出宽带隙(Eg>2.0 eV)的硼掺杂P型氢化非晶硅薄膜,沉积速率为2 nm/min,其中230℃、480 Pa、200 W,0.33%的硼烷的掺杂比,0.54%的硅烷/氢气的工艺条件下可制备出电导率高达9.63 S/cm的优质P型非晶硅薄膜;磷掺杂N型氢化非晶硅薄膜制备的最佳制备工艺条件为:磷烷掺杂浓度0.5%,沉积压力250 Pa,沉积温度250℃。   本文采用电场增强助金属诱导晶化非晶硅薄膜的方法成功地制备出均匀致密且晶粒尺寸大的多晶硅薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)等手段对多晶硅薄膜的微观结构进行表征。初步探讨了电场增强金属诱导晶化非晶硅薄膜的机理,实验结果表明,外加电场辅助金属诱导非晶硅薄膜的晶化程度明显高于纯金属铝诱导晶化的效果,这是由于电场的加入降低了Al/a-Si接触势垒高度,使得Al、Si之间的互扩散激活能降低,从而加速了界面处硅与金属原子间的相互扩散,实现非晶硅薄膜的更快速低温晶化。深入研究了外加电场强度、热处理时间和温度、铝膜厚度等工艺条件对多晶硅薄膜微观结构的影响,实验结果表明,适当的外加电场(300 V/cm)和铝膜厚度(200 nm)、较高的晶化温度(500℃),较长的晶化时间(5 h)均有利于金属铝诱导非晶硅薄膜的晶化。
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