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围绕本征微晶硅薄膜的高速沉积,大面积均匀性微晶硅薄膜的制备,微品硅材料微结构及其生长机制的研究以及太阳能电池的制备,本论文主要进行了以下几个方面的研究工作:
1、采用喷淋式电极和对等离子体区屏蔽的条件下,通过优化沉积参数,用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术,高沉积气压下我们得到了高沉积速率(8.7(A)/s)的光电性能优良的μc-Si:H薄膜。薄膜的室温暗电导率σd=3.5×10-7S/cm,光电导σp=2.2×10-5S/cm,电导激活能Ea=0.48eV,μτ乘积为6.28×10-7cm2.V-1,晶态比Xc=58%。
2、国内首次采用同步辐射的X射线小角散射技术(SAXS)对微晶硅薄膜的微结构进行研究。测定了μc-Si:H薄膜材料中微空洞的大小,分布、取向等微结构参数。比较了不同沉积技术:PECVD、HWCVD、和等离子体助HWCVD(PE-HWCVD)、HWCVD两步法和PE-HWCVD(Ar+)等对μc-Si:H薄膜微结构特别是的微空洞影响。研究结果表明,PECVD沉积的μc-Si:H薄膜,结构更加致密。HWCVD两步法和PE-HWCVD(Ar+)沉积技术也能明显地改善μc-Si:H薄膜的薄膜微结构。45度倾角的SAXS研究表明,μc-Si:H薄膜中微空洞的分布是各向异性的。
3、通过X射线掠角反射技术研究μc-Si:H薄膜的表面和界面粗糙度的演化,进而了解PECVD沉积μc-Si:H薄膜的生长机制。利用失真波恩近似(DWBT)方法计算得到了薄膜表面的均方根粗糙度σ、厚度d等参数,进而获得了薄膜的生长指数β。计算结果显示,在99%和98%的氢稀释度下,PECVD生长μc-Si:H薄膜的生长指数β为0.21~0.24。根据标度指数理论,认为PECVD生长μc-Si:H薄膜是符合KPZ生长模型,即粒子沉积到薄膜表面除了随几粘滞吸附以外还有表面扩散。
4、研究rf-PECVD沉积的p层μc-Si:H薄膜对μc-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳能电池特性的影响。通过对p层μc-Si:H薄膜沉积条件的优化,在对硅表面没有织构的情况下,我们制备出了转换效率达12.32%的μc-Si:H(p)/c-Si(n)太阳能电池。讨论了采用不同表面钝化技术对异质结太阳电池特性的影响,研究结果显示,用氢等离子体钝化可以提高短路电流密度Jsc,而在p-n结中插入一层薄的a-Si:H本征缓冲层可以得到较大的开路电压Voc。
5、通过多层分流和等离子体屏蔽技术,改善气体分布和电场均匀性,消除电场的边缘效应。采用rf-PRCVD获得不均匀度小于4%的大面积(10×10cm2)μc-Si:H薄膜。