氢稀释对FTS沉积a-Si:H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

氢稀释对FTS沉积a-Si∶H薄膜结构特性的影响

采用对靶磁控反应溅射技术,以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现,利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加,薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明,氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现,氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见,此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.     

椭圆偏振光谱表征单晶硅衬底上生长的非晶硅和外延硅薄膜

本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术在单晶硅衬底上沉积了两个系列的硅薄膜. 通过对样品进行固定角度椭圆偏振测试, 结果表明第一个系列硅薄膜为非晶硅, 形成了突变的a-Si:H/c-Si异质结构, 此结构在HIT电池中有利于形成好的界面特性, 对于非晶硅薄膜采用通常的Tauc-Lorentz摇摆模型(Genosc)拟合结果很好; 第二个系列硅薄膜为外延硅, 对于外延硅薄膜, 随着膜厚增加晶化率降低, 当外延硅薄膜厚度为46 nm时开始非晶硅生长. 对于外延硅通常采用EMA模型(即将硅薄膜体层看成由非晶硅和c-Si构成的混合层)拟合结果较好, 当硅薄膜中出现非晶硅生长时, 将体层分成混合层和非晶硅两层, 采用三层模型拟合结果很好. 本文证实了椭偏光谱分析采用不同的模型可对单晶硅衬底上不同结构的硅薄膜进行有效表征.     

硅异质结太阳电池中钝化层和发射层的优化设计

本征钝化层及p型发射层对硅异质结太阳电池的性能具有重要的影响.本文在常规钝化层与晶硅衬底(c-Si)之间插入一层低功率、高氢稀释比沉积的超薄缓冲层,以此来提高钝化效果,并拓宽钝化层工艺窗口.此外,设计并制备了具有宽带隙、高电导特性的重掺杂纳米晶硅/轻掺杂p型双层复合发射极.实验结果表明,双层钝化层具有更加稳定与优异的钝化效果,钝化样品的少子寿命达到4.197 ms,隐含开路电压(implied-V_(OC),iV_(OC))达到726 mV.同时双层复合发射层中,轻掺杂的掺杂层可以减弱掺杂剂向本征钝化层的扩散,保证良好的钝化效果,而重掺杂的掺杂层不仅能够提供足够的内建电场,而且可以改善掺杂层与氧化铟锡薄膜的接触特性,进而提升电池的输出特性.并且高氢稀释比的前掺杂层还可以对钝化层起到氢处理的作用,减少钝化层表面的悬挂键,从而增强化学钝化效果,进而提高电池的开路电压.最终,基于商业化制绒的硅片,获得了效率达到20.96%的硅异质结太阳电池,其中开路电压为710 mV,短路电流密度为39.88 mA/cm~2,填充因子为74.02%.     

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH4与H2作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH2键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH2键合密度和整体氢含量增加.     

不同退火温度下晶化硅薄膜的电学输运性质

采用等离子体化学气相沉积技术制备氢化非晶硅薄膜,经过不同温度下的热退火处理,使薄膜由非晶结构向晶化结构转变,得到含有纳米晶粒的晶化硅薄膜.在晶化过程中,采用Raman技术对样品的结构进行表征.通过变温电导率的测试,对薄膜的电学输运性质进行了分析.研究结果表明：退火温度为700 ℃时,样品中开始有纳米晶形成,随着退火温度的增加,样品的晶化比增大,在1000 ℃时,薄膜的晶化比达到90%以上.在700 ℃退火时,薄膜中晶化成分较低,载流子的传输特性主要受到与硅悬挂键有关的缺陷态影响,表现为带尾定域态的跳跃电导 关键词： 氢化非晶硅 退火 纳米硅 电输运     

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。     

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH₄与H₂作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH₂键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH₂键合密度和整体氢含量增加.     

单室沉积高效非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,在前期单室沉积的微晶硅薄膜太阳电池和非晶硅/微晶硅叠层太阳电池研究的基础上,通过对微晶硅底电池本征层硅烷浓度的优化,获得了初始效率达到11.02%(电池面积1.0 cm²)的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池.同时,100 cm²的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的组件效率也达到了9.04%. 关键词： 非晶硅/微晶硅叠层电池 单室 甚高频     

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果, 主要包括: 1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征; 2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法; 3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用; 4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得, 及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等. 在解决上述问题的基础上, 采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%, 非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.     

镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜键合特性分析

采用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWPCVD)技术制备了非化学计量比的氢化氮化硅薄膜,对所沉积样品及氮气环境中920 ℃退火样品的微观结构及键合特性进行了分析。Raman散射结果表明,薄膜中过量硅以非晶纳米粒子形式存在,退火样品呈现纳米晶硅和氮化硅的镶嵌结构。红外吸收和可见光吸收特性比较结果显示,薄膜样品的微观结构依赖于化学计量比以及退火过程,硅含量较低样品因高的键合氢含量而表现出低的纳米硅表面缺陷态密度;退火过程将引起Si—H和N—H键合密度的减少,因晶态纳米颗粒的形成,退火样品表现出更高的结构无序度。     

Study on structural properties of epitaxial silicon films on annealed double layer porous silicon

In this paper, epitaxial silicon films were grown on annealed double layer porous silicon by LPCVD. The evolvement of the double layer porous silicon before and after thermal annealing was investigated by scanning electron microscope. X-ray diffraction and Raman spectroscopy were used to investigate the structural properties of the epitaxial silicon thin films grown at different temperature and different pressure. The results show that the surface of the low-porosity layer becomes smooth and there are just few silicon-bridges connecting the porous layer and the substrate wafer. The qualities of the epitaxial silicon thin films become better along with increasing deposition temperature. All of the Raman peaks of silicon films with different deposition pressure are situated at 521 cm⁻¹ under the deposition temperature of 1100 °C, and the Raman intensity of the silicon film deposited at 100 Pa is much closer to that of the monocrystalline silicon wafer. The epitaxial silicon films are all (4 0 0)-oriented and (4 0 0) peak of silicon film deposited at 100 Pa is more symmetric.     

Surface passivation of crystalline silicon by sputter deposited hydrogenated amorphous silicon

This letter shows that intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a‐Si:H) films deposited by RF magnetron sputtering can provide outstanding passivation of crystalline silicon surfaces, similar to that achieved by plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD). By using a 2% hydrogen and 98% argon gas mixture as the plasma source, 1.5 Ω cm n‐type FZ silicon wafers coated with sputtered a‐Si:H films achieved an effective lifetime of 3.5 ms, comparable to the 3 ms achieved by PECVD (RF and microwave dual‐mode). This is despite the fact that Fourier transform infrared spectroscopy measurements show that sputtering and PECVD deposited films have very different chemical bonding configurations. We have found that film thickness and deposition temperature have a significant impact on the passivation results. Self‐annealing and hydrogen plasma treatment during deposition are likely driving forces for the observed changes in surface passivation. These experimental results open the way for the application of sputtered a‐Si:H to silicon heterojunction solar cells. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

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     

氢退火的BZO前电极对非晶硅薄膜太阳能电池性能的影响

采用低压化学气相沉积方法在玻璃衬底上制备了B掺杂的ZnO（BZO）薄膜,通过氢退火对BZO进行处理,然后作为前电极进行了非晶硅薄膜太阳能电池的制备及性能研究。结果表明：在氢气气氛下退火后,BZO薄膜的载流子浓度基本无变化,但Hall迁移率显著提高,这使得BZO薄膜的导电能力提高;当采用厚度较小、透光率较高的BZO薄膜进行氢退火后作为前电极结构时,非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高0.3~0.4 mA/cm²,电池的转化效率提高0.2%。实验结果可为通过优化前电极结构来提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率提供一种简易的方法。     

Role of a‐Si:H bulk in surface passivation of c‐Si wafers

The low thermal stability of hydrogenated amorphous silicon (a‐Si:H) thin films limits their widespread use for surface passivation of c‐Si wafers on the rear side of solar cells. We show that the thermal stability of a‐Si:H surface passivation is increased significantly by a hydrogen rich a‐Si:H bulk, which acts as a hydrogen reservoir for the a‐Si:H/c‐Si interface. Based on this mechanism, an excellent lifetime of 5.1 ms (at injection level of 10¹⁵ cm^–3) is achieved after annealing at 450 °C for 10 min. (© 2010 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Interface states study of intrinsic amorphous silicon for crystalline silicon surface passivation in HIT solar cell

Intrinsic hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H) film is deposited on n-type crystalline silicon(c-Si) wafer by hotwire chemical vapor deposition(HWCVD) to analyze the amorphous/crystalline heterointerface passivation properties.The minority carrier lifetime of symmetric heterostructure is measured by using Sinton Consulting WCT-120 lifetime tester system,and a simple method of determining the interface state density(D_(it)) from lifetime measurement is proposed.The interface state density(D_(it)) measurement is also performed by using deep-level transient spectroscopy(DLTS) to prove the validity of the simple method.The microstructures and hydrogen bonding configurations of a-Si:H films with different hydrogen dilutions are investigated by using spectroscopic ellipsometry(SE) and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) respectively.Lower values of interface state density(D_(it)) are obtained by using a-Si:H film with more uniform,compact microstructures and fewer bulk defects on crystalline silicon deposited by HWCVD.     

Control of epitaxial growth at a-Si:H/c-Si heterointerface by the working pressure in PECVD

The epitaxial-Si(epi-Si) growth on the crystalline Si(c-Si) wafer could be tailored by the working pressure in plasmaenhanced chemical vapor deposition(PECVD).It has been systematically confirmed that the epitaxial growth at the hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H)/c-Si interface is suppressed at high pressure(hp) and occurs at low pressure(1p).The hp a-Si:H,as a purely amorphous layer,is incorporated in the 1p-epi-Si/c-Si interface.We find that:(i) the epitaxial growth can also occur at a-Si:H coated c-Si wafer as long as this amorphous layer is thin enough;(ii) with the increase of the inserted hp layer thickness,lp epi-Si at the interface is suppressed,and the fraction of a-Si:H in the thin films increases and that of c-Si decreases,corresponding to the increasing minority carrier lifetime of the sample.Not only the epitaxial results,but also the quality of the thin films at hp also surpasses that at lp,leading to the longer minority carrier lifetime of the hp sample than the lp one although they have the same amorphous phase.     

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