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。     

微晶硅n-i-p太阳电池中n型掺杂层对本征层结构特性的影响

采用高压射频等离子体增强化学气相沉积方法在非晶和微晶两种n型硅薄膜衬底上沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,研究了不同n型硅薄膜对本征微晶硅薄膜的表面形貌、晶化率和结晶取向等结构特性的影响.结果表明,本征微晶硅薄膜结构对n型掺杂层具有强烈的依赖作用,微晶n型掺杂层能够有效减少n/i界面非晶孵化层的厚度,改善本征微晶硅薄膜的纵向均匀性,进而提高微晶硅n-i-p太阳电池性能. 关键词： 孵化层 微晶硅薄膜 纵向均匀性 n-i-p太阳电池     

用SiCl4-H2低温沉积多晶硅薄膜微结构的Raman分析

用拉曼散射谱研究以SiCl4 H2 为气源 ,用射频辉光放电等离子体增强化学气相沉积技术 ,在 2 0 0℃低温下沉积多晶硅薄膜的微结构特征 .结果表明 ,薄膜表层包含有大量微晶相的纳米硅晶粒和非晶相的硅聚合物 ,随射频功率增加 ,晶相结构的成分增大 .另一方面 ,深度拉曼谱分布的研究也显示薄膜的晶化度和晶粒尺度随纵向深度的增加逐渐增大 .因此可以认为 ,在多晶硅薄膜生长的最初阶段 ,空间反应过程对低温晶化起重要作用 .     

过渡区p型氢化硅氧薄膜结构和光电特性的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,利用二氧化碳(CO_2)、氢气(H_2)、硅烷(SiH_4)和乙硼烷(B_2H_6)作为气源,制备出一系列p型氢化硅氧薄膜.利用拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和暗电导测试,研究了不同二氧化碳流量对薄膜材料结构和光电特性的影响,获得了从纳米晶相向非晶相转变的过渡区P层.研究表明:随着二氧化碳流量从0增加到1.2 cm~3·min~(-1),拉曼光谱的峰值位置从520 cm~(-1)逐渐移至480 cm~(-1).材料红外光谱表明,随着二氧化碳流量的增加,薄膜中的氧含量逐渐增加,氢键配置逐渐由硅单氢键转换为硅双氢键.P层SiO:H薄膜电导率从3S/cm降为8.3×10~(-6)S/cm.所有p型SiO:H薄膜的光学带隙(Eopt)都在1.82—2.13 eV之间变化.在不加背反射电极的条件下,利用从纳米晶相向非晶相转变的过渡区P层作为电池的窗口层,且在P层和I层之间插入一定厚度的缓冲层,制备出效率为8.27%的非晶硅薄膜电池.     

n型掺杂层结构对n-i-p型微晶硅电池性能和光致衰退特性的影响

采用射频化学气相沉积法,制备了一系列具有不同晶化率n型掺杂层的n-i-p结构微晶硅薄膜太阳电池.发现本征层的结构很大程度上依赖于n型掺杂层的结构,特别是n/i界面处的孵化层厚度以及本征层的晶化率.该系列太阳电池在100 mW/cm²的白光下照射400 h,实验结果证实了本征层晶化率最大（X_c(i)=65%）的电池性能表现出最低的光致衰退率.拥有非晶/微晶过渡区n型掺杂层的电池（本征层晶化率X_c(i)=54%）分别 关键词： 微晶硅 n-i-p结构太阳电池 光致衰退 晶化率     

高压PECVD技术沉积硅基薄膜过程中硅烷状态的研究

采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法在不同功率下制备了一系列硅薄膜材料，研究了材料晶化率和生长速度随功率变化的规律， 进而研究PECVD方法沉积硅薄膜过程中的硅烷反应状态，并提出可以根据硅烷耗尽程度的不同将硅烷反应状态分为未耗尽、耗尽和过耗尽三种.然后，对不同硅烷反应状态下的材料结构、光电性能以及相应的电池进行了研究，并指出适合于太阳电池本征层的高质量微晶硅材料应该沉积在硅烷耗尽状态. 关键词： 耗尽状态 微晶硅 光发射谱     

太阳电池用本征微晶硅材料的制备及其结构研究

采用VHF-PECVD技术制备了系列不同硅烷浓度和反应气压的微晶硅薄膜.运用拉曼散射光谱和 x射线衍射对制备的材料进行了结构分析.在实验研究的范围内，制备材料的晶化程度随硅烷 浓度的增加而降低.XRD的测试结果表明：制备的微晶硅材料均体现了(220)方向择优.应用在 电池的有源层中，制备出了效率达7.1%的单结微晶硅太阳电池，电池的结构是glass/ZnO/p( μc-Si:H)/i(μc-Si:H)/n(a-Si:H/Al)，没有ZnO背反射电极，有源层的厚度仅为1.2μm. 关键词： 本征微晶硅薄膜 拉曼光谱 x射线衍射     

具有高阻抗本征SnO2过渡层的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池

采用超声喷雾热解法制备了具有高阻抗的本征SnO₂透明导电膜，将其运用在CdS层减薄了的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池中，对减薄后的CdS薄膜进行了XRD,AFM图谱分析，并对电池进行了光、暗I-V，光谱响应和C-V测试.结果表明，在高阻膜上沉积的减薄CdS薄膜(111)取向更明显，但易形成微孔.引入高阻层后，能消除CdS微孔形成的微小漏电通道，有效保护p-n结，改善了电池的并联电阻、填充因子和短波响应，使载流子浓度增加，暗饱和电流密度减小，从而电池性能得到改善，电池转换效率增加了14.4%. 关键词： CdTe电池 过渡层 效率     

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     

微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在硅基薄膜太阳电池中的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,制备了具有一定晶化率不同Ge含量的氢化微晶硅锗(μcSi1-xGex:H)薄膜.通过Ⅹ射线荧光谱、拉曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外谱、吸收系数谱和电导率的测试,表征了μc-Si_(1-x)Ge_x:H的材料微结构随Ge含量的演变.研究表明:提高Ge含量可以增强μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜的吸收系数.将其应用到硅基薄膜太阳电池的本征层中可以有效提高电池的短路电流密度(J_(sc)).特别是在电池厚度较薄或陷光不充分的情况下,长波响应的提高会更为显著.应用ZnO衬底后,在Ge含量分别为9%和27%时,μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池的转换效率均超过了7%.最后,将μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池应用在双结叠层太阳电池的底电池中,发现μc-Si_(0.73)Ge_(0.27):H底电池在厚度为800 nm时即可得到比1700 nm厚微晶硅(μc-Si:H)底电池更高的长波响应.以上结果体现μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池作为高效近红外光吸收层,在硅基薄膜太阳电池中应用的前景.     

薄膜硅/晶体硅异质结电池中本征硅薄膜钝化层的性质及光发射谱研究

本文采用甚高频等离子体化学气相沉积技术 (VHF-PECVD) 制备薄膜硅/晶体硅异质结电池中的本征硅薄膜钝化层, 光发射谱 (OES) 测量技术研究了硅薄膜沉积过程中等离子体发光谱随时间的变化. 结果表明: 在实验优化条件下等离子体发光谱很快达到稳定 (大约25 s), 并且SiH^*/H_α^* 的比值随时间变化较小, 避免了生长过程中硅薄膜结构的不均匀性, 这主要是SiH₄没有完全耗尽避免了SiH₄的反向扩散. 进一步研究了沉积参数对稳态发光谱和硅薄膜性质的影响, 结果表明: 随着硅烷浓度增加, H_α^*峰强度减小, SiH^*峰强度增加, 薄膜从微晶转变成非晶, 非晶硅薄膜钝化效果好; 随着沉积气压增大, H_α^*和 SiH^*峰强度先增加后减小, 高气压下H_α^*和 SiH^*峰强度下降主要是反应前驱物的聚合形成高聚合物, 不利于形成高质量的硅薄膜, 因此钝化效果下降; 随着反应功率密度增加, H_α^*和 SiH^*峰强度增大, 当功率密度为150 mW/cm² 趋于饱和, 硅薄膜的致密度和钝化效果也开始下降, 50 mW/cm²的低功率密度下硅薄膜钝化效果差可能是由于原子H 浓度低, 不能完全钝化单晶硅表面的悬挂键. 关键词： 薄膜硅 异质结 光发射谱 钝化     

非晶硅锗电池性能的调控研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术, 研究了非晶硅锗薄膜太阳电池. 针对非晶硅锗薄膜材料的本身特性, 通过调控硅锗合金中硅锗的比例, 实现了对硅锗薄膜太阳电池中开路电压和短路电流密度的分别控制. 借助于本征层硅锗材料帯隙梯度的设计, 获得了可有效用于多结叠层电池中的非晶硅锗电池. 关键词： 非晶硅锗薄膜太阳电池 短路电流密度 开路电压 带隙梯度     

氢化硅薄膜的晶化机理研究

采用PECVD工艺制备了非晶,微晶和多形硅薄膜,研究了电极间热梯度对氢化硅薄膜结构的影响.根据拉曼光谱得到了微晶硅的晶化率,并在椭偏仪中用BEMA模型验证了其准确性.根据理论模型研究了热梯度对微晶和多形硅薄膜沉积机理的影响.研究薄膜厚度对晶化率的影响表明微晶薄膜底端和表面之间存在晶化梯度,而多形硅薄膜中无晶化梯度存在.采用Tauc-Lorentz模型拟合得到薄膜的结构参数表明非晶硅薄膜的致密度和有序度低,而多形硅和微晶硅薄膜的有序度、致密度相近,且明显高于非晶硅. 关键词： 氢化硅 晶化 热梯度 结构     

氢化硅薄膜介观力学行为及其与微结构内禀关联特性

使用等离子体增强化学气相沉积系统，在射频和直流负偏压的双重激励下制备了本征和掺杂后的氢化硅薄膜.利用拉曼谱对薄膜进行了微结构分析，用纳米压痕系统研究了薄膜的介观力学行为.研究表明：制备于玻璃衬底上的氢化硅薄膜，由于存在非晶态的过渡缓冲层，弹性模量小于相应的制备于单晶硅衬底的薄膜.对于掺杂的氢化硅薄膜，由于磷的掺入使得薄膜晶粒细化、有序度提高，薄膜的晶态比一般在40％以上.而硼的掺入，薄膜晶态比减小，一般低于40％.同时发现，掺磷、本征和掺硼的氢化硅薄膜分别在晶态比为45％，30％和15％左右处，弹性模量较 关键词： 氢化硅薄膜 拉曼谱 弹性模量 晶态比     

具有高阻抗本征SnO2过渡层的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池

采用超声喷雾热解法制备了具有高阻抗的本征SnO2透明导电膜,将其运用在CdS层减薄了的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池中,对减薄后的CdS薄膜进行了XRD,AFM图谱分析,并对电池进行了光、暗I-V,光谱响应和C-V测试.结果表明,在高阻膜上沉积的减薄CdS薄膜(111)取向更明显,但易形成微孔.引入高阻层后,能消除CdS微孔形成的微小漏电通道,有效保护p-n结,改善了电池的并联电阻、填充因子和短波响应,使载流子浓度增加,暗饱和电流密度减小,从而电池性能得到改善,电池转换效率增加了14.4%.     

氧掺入对纳米硅薄膜微结构及能带特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了富硅氧化硅薄膜,利用XRD衍射仪,傅里叶变换红外透射光谱仪以及紫外-可见光分光光度计分析了氧掺入对薄膜微观结构以及能带特性的影响。结果表明,随着氧掺入比(CO₂/SiH₄)的增加,薄膜晶粒尺寸减小,晶化度降低,纳米硅(nc-Si)表面的张应力先增加后减小。红外吸收谱分析表明,氧掺入比增加导致薄膜内氧含量增高,富氧Si—O键合密度增加,富硅Si—O键合密度降低。同时,薄膜结构因子减小,有序度增大,薄膜微观结构得到改善。当氧掺入比大于0.08时,薄膜结构因子增大,有序度降低。此外,氧掺入增加导致薄膜带隙不断增加,带尾宽度呈现先减小后增大的趋势。因此,通过氧掺入可以调节纳米硅薄膜微观结构及能带特性,氧掺入比为0.08时,薄膜具有高晶化度和较宽的带隙,微观结构得到有效改善,可用作薄膜太阳能电池的本征层。     

n型窗口层材料及其在高速沉积微晶硅太阳电池中的应用研究

采用常规的射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了可以用于微晶硅薄膜太阳电池的n型的掺杂窗口层材料.通过掺杂窗口层材料在电池中的应用发现：微晶硅薄膜太阳电池由于其电子和空穴的迁移率相差比较小而显示出磷掺杂的n型的微晶硅材料也可以像硼掺杂的p型的微晶硅材料一样,可作为微晶硅薄膜太阳电池的窗口层材料;两种窗口层制备电池的效率差别不大,而且量子效率（QE）测试结果显示两种电池的n/i和p/i界面没有明显的区别;电池的双面不同波长拉曼光谱的测试结果给出：不论是n/i/p还是p/i/n型的电池,在起始生长本征层阶段均 关键词： n型的掺杂窗口层 p型的掺杂窗口层 微晶硅薄膜太阳电池     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟

以GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,开展了能量为0.7, 1, 3, 5, 10 MeV的质子辐照损伤模拟研究,建立了三结太阳电池结构模型和不同能量质子辐照模型,获得了不同质子辐照条件下的I-V曲线,光谱响应曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了三结太阳电池短路电流、开路电压、最大功率、光谱响应随质子能量的变化规律,利用不同辐照条件下三结太阳电池最大输出功率退化结果,拟合得到了三结太阳电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化曲线.研究结果表明,质子辐照会在三结太阳电池中引入位移损伤缺陷,使得少数载流子扩散长度退化幅度随质子能量的减小而增大,从而导致三结太阳电池相关电学参数的退化随质子能量的减小而增大.相同辐照条件下,中电池光谱响应退化幅度远大于顶电池光谱响应退化幅度,中电池抗辐照性能较差,同时中电池长波范围内光谱响应的退化幅度比短波范围更大,表明中电池相关电学参数的退化主要来源于基区损伤.     

氢稀释对多晶硅薄膜结构特性和光学特性的影响

以SiCl₄和H₂为气源，用等离子体增强化学气相沉积技术，在250℃的低温下，研究氢稀释度对多晶硅薄膜结构特性的影响.实验结果表明，对于以SiCl₄和H₂组成的反应源气体，氢对薄膜生长特性的影响有异于SiH₄/H₂，在一定功率下，薄膜的晶化率随氢稀释度的减小而增加，在一定的氢稀释度下薄膜晶化度达到最大值85％；随着氢稀释度的继续减小，薄膜晶化度迅速下降，并逐渐向非晶态结构转变.随氢稀释度的减小，薄膜的光学带隙由 1.5eV减小至约1.2eV，而后增大至1.8eV.沉积速率则随氢稀释度的减小先增加后减小，在无氢条件下，无薄膜形成.在最佳氢稀释度条件下，Cl基是促进晶化度提高，晶粒长大的一个主要因素. 关键词： 多晶硅薄膜 微结构 氢稀释 4')" href="#">SiCl₄     

快速热退火和氢等离子体处理对富硅氧化硅薄膜微结构与发光的影响

采用microRaman散射、傅里叶变换红外吸收谱和光致发光谱研究了快速热退火及氢等离子体处理对等离子体增强化学气相沉积法200℃衬底温度下生长的富硅氧化硅(SRSO)薄膜微结构和发光的影响.研究发现,在300—600℃范围内退火,SRSO薄膜中非晶硅和SiOx∶H两相之间的相分离程度随退火温度升高趋于减小;而在600—900℃范围内退火,其相分离程度随退火温度升高又趋于增大;同时发现SRSO薄膜发光先是随退火温度的升高显著加强,然后在退火温度达到和超过600℃后迅速减弱;发光峰位在300℃退火后蓝移,此后随退火温度升高逐渐红移.对不同温度退火后的薄膜进行氢等离子体处理,发光强度不同程度有所增强,发光峰位有所移动,但不同温度退火样品发光增强的幅度和峰位移动的趋势不同.分析认为退火能够引起薄膜中非晶硅颗粒尺度、颗粒表面结构状态以及氢的存在和分布等方面的变化.结果表明不仅颗粒的尺度大小,而且颗粒表面的结构状态都对非晶硅颗粒能带结构和光生载流子复合机理发挥重要影响 关键词： 富硅氧化硅 微结构 发光 快速热退火