基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

非晶/微晶相变域硅薄膜及其太阳能电池

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）法，成功制备出从非晶到微晶过渡区 域的硅薄膜. 样品的微结构、光电特性及光致变化的测量结果表明这些处于相变域的硅薄膜 兼具非晶硅优良的光电性质和微晶硅的稳定性. 用这种两相结构的材料作为本征层制备了p- i-n太阳能电池，并测量了其稳定性. 结果在AM15(100mW/cm²) 的光强下曝光 800—5000min后，开路电压略有升高，转换效率仅衰退了29%. 关键词： 相变域硅薄膜 光电特性 太阳能电池     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了一系列不同氢稀释率下的硅薄膜,采用拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱技术研究了非晶/微晶相变区硅薄膜的微观结构变化,将次晶结构(paracrystalline structure)引入到非晶/微晶相变区硅薄膜结构中,提出了次晶粒体积分数(f_p),用来表征硅薄膜中程有序程度。结果表明,氢稀释率的提高导致硅薄膜经历了从非晶硅到微晶硅的相变过程,在相变区靠近非晶相的一侧,硅薄膜表现出氢含量高、结构致密和中程有序度高等特性,氢在薄膜的生长中主要起到表面钝化作用。在相变区靠近微晶相的一侧,硅薄膜具有氢含量低、晶化率高和界面体积分数小等特性,揭示了氢的刻蚀作用主控了薄膜生长过程。采用扫描电子显微镜对样品薄膜的表面形貌进行分析,验证了拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱的分析结果。非晶/微晶相变区尤其是相变区边缘硅薄膜结构特性优良,在太阳能电池应用中适合用作硅基薄膜电池本征层。     

用化学气相沉积法制备石墨烯薄膜及其电学性能研究

以甲烷作为反应气体、利用高温化学气相沉积法分别在纯硅片和镀镍镉过渡层硅片上沉积石墨烯薄膜,应用金相显微镜和电学特性测试分析了700,900,950℃温度下生长的石墨烯薄膜的表面形貌、伏安特性及其他电学特性.发现镍铬过渡层具有显著的催化作用,可有效降低石墨烯的生长温度.随着生长温度的升高,样品中电子迁移率随之增大,伏安特性的线性度也越好.对纯硅片上生长的石墨烯,发现高温有利于甲烷有效分解和成核,可有效提高表面电子浓度和电子迁移率,其迁移率可达到2.52×104 cm2/V.     

离子束辅助沉积硅薄膜负极材料的研究

采用离子束辅助沉积法制备了锂离子电池硅薄膜负极材料,研究了硅薄膜的晶体结构、表面形貌和电化学性能.研究结果表明：硅薄膜是非晶态的结构;非晶态硅薄膜发生嵌脱锂反应的电位分别为0.03 V与0.34 V和0.16 V与0.49 V;硅薄膜表现出很高比容量和充放电效率,其可逆比容量和库仑效率分别为3134.4 mAh/g和87.1％;硅薄膜具有优异的循环性能,在0.5C倍率下200次循环后容量保持率为92.2%. 关键词： 硅薄膜 离子束辅助沉积 锂离子电池 负极材料     

溅射粒子能量对金属Mo薄膜表面特性的影响

利用原子力显微镜研究了不同溅射离子能量对Mo薄膜表面形貌的影响.利用特殊设计的夹具，在同一真空内完成所有薄膜样品的制备，减少了多次沉积过程对薄膜生长特性的影响 .对原子力显微镜测量得到的表面高度数据进行相关运算，从统计角度定量地研究了不同沉积能量下Mo薄膜表面特性.结果表明，薄膜表面具有典型的分形特征，在相关运算的基础上给出表面的分形维数、水平相关长度、界面宽度等参数.其中，屏栅电压为500V时制备 的薄膜样品与300和700?V时制备的薄膜样品表面的界面宽度及水平相关长度具有倍数差别，但三种溅射电压下薄 关键词： 离子束溅射 钼 薄膜 分形     

富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究

采用双极脉冲磁控反应溅射法在不同参数条件下制备了一系列氮化硅薄膜。利用数字式显微镜和紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,利用共焦显微拉曼光谱仪比较了硅衬底、氮化硅薄膜退火前后的拉曼光谱。结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜。原沉积薄膜的拉曼光谱存在明显的非晶硅和单晶硅峰,退火处理后非晶硅峰减弱或消失,表明薄膜出现明显的结晶化;单晶硅峰出现频移现象,表明薄膜中出现硅纳米颗粒,平均尺寸约为6.6 nm。     

沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响

本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了沉积速率系列不同生长阶段的微晶硅薄膜,通过椭圆偏振技术研究了生长过程中微晶硅薄膜表面粗糙度的演化.实验结果表明:沉积速率为0.08和0.24nm/s的低速沉积时,硅薄膜表面粗糙度接近,生长指数分别为β=0.21和β=0.20,对应有限扩散生长模式,此时沉积速率对硅薄膜生长影响不大,原因是低速沉积时成膜先驱物有足够时间迁移到能量低的位置;当沉积速率增加到0.66nm/s时,硅薄膜表面粗糙度明显增加,生长指数β=0.81,大于0.5,出现了异常标度行为,与低速沉积的生长模式明显不同,原因是高速沉积时成膜前驱物来不及扩散就被下一层前驱物覆盖,降低了成膜前驱物在薄膜表面的扩散,使表面粗糙度增加和生长指数β增大.β大于0.5的异常标度行为与阴影效应有关.     

脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜的低阈值电抽运紫外随机激射

分别采用直流反应溅射法和脉冲激光沉积法在硅衬底上沉积ZnO薄膜, 用X射线衍射、扫描电镜、光致发光谱等手段对两种方法沉积的ZnO薄膜的结晶状态、 表面形貌和光致发光等进行了表征. 进一步对比研究了以上述两种方法制备的ZnO薄膜作为发光层的金属-绝缘体-半导体结构器件的电抽运紫外随机激射. 结果表明, 与以溅射法制备的ZnO薄膜作为发光层的器件相比, 以脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜为发光层的器件具有更低的紫外光随机激射阈值电流和更高的输出光功率. 这是由于脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜中的缺陷更少, 从而显著地减少了紫外光在光散射过程中的光损耗. 关键词： 随机激射 ZnO薄膜 脉冲激光沉积 溅射     

热原子层沉积氧化铝对硅的钝化性能及热稳定性

原子层沉积氧化铝已经成为应用于钝化发射极和背面点接触（PERC）型晶硅太阳能电池优异的钝化材料．对于基于丝网印刷技术的太阳能电池,钝化材料的钝化效果及其热稳定性是非常重要的．本文在太阳能级硅片上用热原子层沉积设备制备了20nm和30nm的氧化铝,少子寿命测试结果显示初始沉积的氧化铝薄膜具有一定的钝化效果,在退火后可达到100μs以上,相当于硅表面复合速度小于100cm／s．经过制备传统晶硅太阳能电池的烧结炉后,少子寿命能够保持在烧结前的一半以上,可应用于工业PERC型电池的制备．通过电子显微镜观察到了较厚的氧化铝薄膜有气泡,解释了30nm氧化铝比20nm氧化铝钝化性能和稳定性更差的异常表现．     

离子束溅射制备Nb2O5光学薄膜的特性研究

研究了离子束溅射(IBS)制备的Nb₂O₅薄膜的光学特性、应力、薄膜微结构等特性,系统地分析了辅助离子源的离子束能量和离子束流对薄膜特性的影响.结果显示,在辅助离子源不同参数情况下,折射率在波长550 nm处为2.310—2.276,应力值为-281—-152 MPa.在合适的工艺参数下,消光系数可小于10^-4,薄膜具有很好的表面平整度.与用离子辅助沉积(IAD)制备的薄膜相比,IBS制备的薄膜具有更好的光学特性和薄膜微结构. 关键词： 2O₅薄膜')" href="#">Nb₂O₅薄膜 离子束溅射 光学特性 应力     

电沉积－退火工艺制备铜铟硒太阳能电池薄膜及表征

利用电沉积硒气氛下后续退火的工艺制备出了高结晶质量的铜铟硒薄膜．通过X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱、紫外-可见-近红外光谱和阻抗谱技术对退火后的铜铟硒薄膜进行表征,结果表明530 oC硒化退火后的铜铟硒薄膜具有四方的黄铜矿晶体结构,晶粒尺寸达到微米量级,光学带隙为0.98 eV,经过KCN溶液去除表面高导电性的铜硒化合物后铜铟硒薄膜的载流子浓度在10¹⁶ cm^-3量级．利用硒化退火的铜铟硒薄膜作为光吸收层制备了结构为AZO/i-ZnO/CdS/CIS/Mo/glass的太阳能电池,在AM1.5光照条件下对其电流-电压特性测试后发现面积为0.2 cm²的电池可以达到0.96％的能量转换效率,并对限制电池效率的原因做出了初步的分析和讨论.     

异质结及其技术在新型硅基太阳能电池中的应用

文章综述了异质结及其技术在新型硅基太阳能电池中的应用.从太阳能电池特性角度,点评了其在晶体硅、非晶硅薄膜太阳能电池及新结构太阳能电池应用中的研究热点和研究现状.在此基础上,讨论了其在不断与晶体硅、薄膜硅太阳能电池融合中的发展动态.     

原位生长技术制备石墨烯强化铜基复合材料

利用等离子增强化学气相沉积方法,在铜粉表面原位生长了站立石墨烯,用于制备石墨烯强化铜基复合材料.研究表明,石墨烯包覆在铜粉外表面,微观尺度实现了两者的均匀混合;生长的初期阶段,碳、氢等离子基团可将铜粉表面的氧化层还原,有助于铜粉-石墨烯之间形成良好的界面;石墨烯的成核是一个生长/刻蚀相互竞争的过程,其尺寸可受制备温度调控.利用放电等离子烧结方法将粉末压制成型,测试结果显示,添加石墨烯样品的电阻率降低了一个数量级,维氏硬度和屈服强度分别提高了15.6%和28.8%.     

原子层沉积AlO_x薄膜对单晶硅太阳能电池钝化机制的影响

采用原子层沉积设备在p型单晶制绒硅上制备了不同厚度的AlO_x薄膜。通过研究AlO_x薄膜厚度对样品的反射率、少数载流子寿命以及电容-电压特性的影响,发现沉积32 nm的AlO_x薄膜样品具有最好的钝化效果。另外,通过计算Si/AlO_x界面处的固定电荷密度和缺陷态密度,发现32 nm厚的AlO_x薄膜样品具有最低的缺陷态密度。系统研究了单晶硅材料的表面钝化机制,给出了影响样品载流子寿命的根本来源。     

微晶硅薄膜高速沉积及电学性质的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术在高功率密度和高压强条件下,通过改变硅烷浓度和气体总流量对薄膜沉积参数进行了两因素优化,最终在硅烷浓度为45%,气体总流量为100 sccm条件下,获得沉积速率142 nm/s,电导激活能047 eV的优质硅薄膜;同时,通过单因素优化制备出沉积速率为21 nm/s的微晶硅薄膜.利用晶粒间界势垒模型和费米能级统计偏移模型对薄膜的电学特性和传导行为分别进行了研究分析,同时初步分析了“后氧化”对薄膜电学性能的影响. 关键词： μc-Si:H 甚高频等离子体增强化学气相沉积 高速沉积 电学特性     

螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对螺旋波等离子体化学气相沉积纳米硅薄膜的等离子体内活性粒子的光发射特征进行了原位测量.研究了薄膜沉积过程中各实验参量对活性基团SiH^*， H^β以及H^α的发射谱强度的影响.实验结果表明，静态磁场的加入可显著提高反应气体 的解离效率 ；适当的氢稀释可以提高氢活性粒子的浓度，而过高的氢稀释比将使含硅活性基团浓度显著 减小；提高射频馈入功率整体上可以使各活性粒子的浓度增加，并有利于提高到达衬底表面 氢活性粒子的相对比例.结合螺旋波等离子体色散关系和等离子体特点对以上结果进行了分 析.该结果为螺旋波等离子体沉积纳米硅薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了基础 数据. 关键词： 光学发射谱 螺旋波等离子体化学气相沉积 纳米硅薄膜     

线性微波化学气相沉积制备SiNx薄膜的微结构及光学性能研究

利用自主研发的线性微波化学气相沉积系统在不同微波功率、微波占空比、基片温度、特气比例条件下制备了SiN_x薄膜. 通过扫描电子显微镜、椭圆偏振仪等表征测量技术, 研究了不同工艺参数对SiN_x薄膜表面形貌、元素配比、折射率、沉积速度的影响, 并探讨了薄膜元素配比、折射率、沉积速度间的关系. 结果表明: 利用线性微波沉积技术, 不同工艺参数下制备的SiN_x薄膜组成元素分布均匀, 同时具有平整的表面状态; 特气比例和微波占空比是影响薄膜折射率的最主要因素, 薄膜折射率在1.92–2.33之间连续可调; 微波功率、微波占空比、沉积温度、特气比例都对SiN_x 薄膜沉积速度影响较大, 制备的SiN_x薄膜最大沉积速度为135 nm·min^-1.     

液相沉积法制备的二氧化硅薄膜及其钝化性能

采用液相沉积法在硅基底上成功制备了二氧化硅薄膜,利用扫描电子显微镜、光电子能谱和少子寿命测试仪等对二氧化硅薄膜的组织结构和钝化性能进行了研究,结果表明,液相生长的二氧化硅薄膜致密平整,含有少量的F元素;对硅具有较好的减反和钝化作用,平均反射率由28.87%降低至10.88%,表面复合速度由6 923 cm/s降低至2 830 cm/s。