PECVD生长掺磷纳晶硅薄膜的电导特性研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在玻璃衬底上低温沉积了优质本征纳晶硅(nc-Si:H)薄膜和掺磷纳晶硅(nc-Si(P):H)薄膜.通过拉曼散射谱和XRD衍射谱分别研究了PH3浓度对nc-Si(P):H薄膜的晶化率(Xc)和晶格微观畸变(Ls)的影响,结果显示随着PH3浓度的增加,Xc和Ls.均呈现了先增加后减小的相似趋势,暗示二者之间存在紧密的关联;利用四探针法测量了nc-Si(P):H薄膜的电导率(σ),结果表明,nc-Si(P):H薄膜的σ比nc-Si:H薄膜提高了约5个数量级,且随着PH,浓度的增大而单调增大.该变化可以从Xc、Ls的角度得到合理解释.     

硼掺杂对μc-Si:H薄膜微结构和光电性能的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备了掺硼氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜,研究了硼掺杂对薄膜的结晶状况、沉积速率、暗电导率和光学带隙的影响.拉曼光谱、扫描电子显微镜、分光光度计和电导率测试结果表明:当掺硼比(B2H6/SiH4)由0.1;增加到0.75;时,硅膜的晶化率逐渐降低,并由微晶向非晶过渡;沉积速率随掺硼比的增加线性增大;暗电导率先升高后下降,当掺硼比为0.5;时,暗电导率最大;光学带隙随掺硼比的增加逐渐减小.     

衬底温度对nc-Si∶H薄膜微结构和氢键合特征的影响

采用射频等离子体增强型化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以H2和SiH4作为反应气体源,在不同的衬底温度下沉积了nc-Si∶H薄膜.采用Raman散射、X射线衍射、红外吸收等技术分析了薄膜的微结构和氢键合特征.结果表明,随衬底温度的升高,nc-Si∶H薄膜的沉积速率不断增大,晶化率和晶粒尺寸增加,纳米硅颗粒呈现出Si(111)晶面的择优生长趋势.键合特性显示,薄膜中的氢含量随衬底温度升高而逐渐减小,薄膜均匀性先增大后减小.     

P型微晶硅氧薄膜光电性能研究

本工作采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了P型微晶硅氧窗口层薄膜,讨论了P型微晶硅氧的光电特性随硼烷掺杂率的变化.采用紫外-可见透射光谱,拉曼光谱,傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR),暗电导测量对薄膜的光电特性进行了表征.结果表明,P型微晶硅氧材料均表现为微晶态,随着硼烷掺杂率增加,晶化程度逐步降低,暗电导率快速减小,光学带隙持续降低.该结果可归因于硼烷掺杂的增加抑制晶化使得非晶成分增多,有效掺杂率降低导致薄膜电导率下降,另一方面,对硅氧物相分离的阻碍作用导致薄膜带隙下降.硼烷掺杂率为0.4;样品的电导率高达0.158 S/cm且光学带隙为2.2 eV,兼具高透射性和良好电导率,可作为高效硅基太阳电池的窗口层.     

硼掺杂对用于SHJ太阳电池的nc-Si∶H薄膜微结构的影响

采用RF-PECVD法在低温低功率密度下制备了p型nc-Si∶H薄膜,并系统地研究了硼掺杂对薄膜微结构及光电性能的影响.结果表明:由于“硼掺杂效应”,随着掺硼比的增大,nc-Si∶H薄膜的晶化率逐渐降低,晶粒尺寸减小,薄膜的择优取向由[111]变为[220];光学带隙逐渐减小,电导率则先升后降;本实验中薄膜的最优掺杂比为0.3;.以优化后的p型nc-Si∶H薄膜做窗口层,SHJ太阳电池的性能得到明显改善,获得了效率为14.1;的电池.     

辉光功率对n型a-Si:H薄膜结构及性能的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法,以氢稀释的硅烷(SiH4)为反应气体,磷烷(PH3)为掺杂气体,制备了n型氢化非品硅(a-Si:H)薄膜.研究了辉光放电功率对薄膜微结构和光电性能的影响,采用XRD和拉曼散射光谱对薄膜的微结构进行了表征,薄膜的折射率通过NKD-7000 W光学薄膜系统拟合,薄膜暗电导率利用高阻仪测试.结果表明:在辉光功率30～150 W范国内,所沉积的磷掺杂的硅薄膜为非晶态;非晶态薄膜结构中程有序度随辉光功率的增大先增人后减小,在功牢为100 W时非晶硅薄膜中程有序程度最高;薄膜的折射率随着辉光功率的增大先增加后减小,在功率为70 W达到最大值3.7;薄膜暗电导率在100 W最大,其最人值为9.32×10-3S/ cm.     

从P-a-SiC:H到P-μc-Si:H过程中材料特性的变化

采用RF-PECVD方法,在P-a-SiC:H薄膜沉积技术基础上,通过逐步减小碳、硼的掺杂浓度,增大氢稀释率,使材料从非晶态向微晶态转变,在获得本征微晶材料之后,再逐步增大硼掺杂浓度,得到P型微晶硅薄膜材料(暗电导率为5.22×10-3S/cm,光学带隙大于2.0eV).在这个过程中可以明显观察到碳、硼抑制材料晶化的作用.     

采用两步压强法制备优质微晶硅薄膜

针对氢化微晶硅薄膜吸收系数较低、制备需要较高厚度,从而需要较高沉积速度的问题,考虑到压强对沉积速度及晶化比的重要影响,在分析了单一压强法制备薄膜优缺点的基础上,提出了采用两步法来制备高质量微晶硅薄膜的方法.即先采用高压制备薄膜2min,减小非晶转微晶的孵化层厚度,然后再采用低压制备薄膜18min,提高薄膜的致密度及减小氧含量,最后制备出了光敏性较高,晶化比较大并且光照稳定性也较好的优质氢化微晶硅薄膜.     

沉积温度对等离子体化学气相沉积制备硅氧薄膜微结构的影响

利用13.56 MHz的射频等离子体化学气相沉积设备(RF-PECVD)在不同沉积温度(50~400 ℃)下制备了一系列氢化硅氧(SiO_x:H)薄膜材料,并研究了薄膜材料性能与微结构的变化规律。随着沉积温度的增加,薄膜内的氧含量(C_O)下降,晶化率(X_C)也下降,折射率(n)上升,此外,薄膜的结构因子(R)下降,氢含量(C_H)先上升后下降,由此在合适的中间温度下可以获得最大的氢含量。通过实验结果分析提出了不同沉积温度下制备硅氧薄膜的内在微结构模型:低温下沉积的硅氧薄膜是以氢化非晶硅氧(a-SiO_x:H)相为主体并嵌入氢化纳米晶硅(nc-Si:H)的复合材料,而在高温下沉积的硅氧薄膜则是以氢化非晶硅(a-Si:H)相为主体并嵌入越来越少的nc-Si:H相和a-SiO_x:H相的复合材料。由上可知,要制备太阳电池通常采用的晶化率X_C高、氧含量C_O高的氢化纳米晶硅氧(nc-SiO_x:H)材料,需要采用相对较低的沉积温度。     

氧化硅中纳米晶硅薄膜的低温沉积及其键合特性研究

以Ar和H2为溅射气体,采用Si和SiO2双靶活性溅射技术实现了镶嵌纳米晶硅(nc-Si)的富硅氧化硅(SiOx)薄膜的300℃低温生长,并分析了氢气掺入对薄膜微观结构及键合特性的影响.结果表明,氢气流量比的增加导致纳米硅粒子尺寸增加,而生长速率逐渐减小.薄膜中Si-O键合结构以Si(O4)键为主,随H2流量比的增加,Si-O4-nSin(n=0,1)键密度减小,Si-O4-nSin(n=2,3)和SiH2键密度持续增加,而所对应Si-H键密度呈现先减小后增加趋势,该结果可解释为等离子体内氢原子对反应前驱物中氧的去除效应增强和氢原子与表面氧的解吸附反应几率的增加.