| 磁控溅射制备氢化硅薄膜及其特性研究 | |
| 王林青 | |
| Subtype | 工学博士 |
| Thesis Advisor | 陈建敏 ; 宋伟杰 |
| 2014-05-20 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 氢化硅薄膜 磁控溅射 辅助离子束 磷掺杂 硼掺杂 Hydrogenated Si Thin Films Magnetron Sputtering Assisted Ion Beam P-doping B-doping |
| Abstract | 薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，即以非晶硅为顶电池，以微晶硅为底电池的叠层电池，综合了非晶硅、微晶硅薄膜太阳电池的优点，抑制了非晶硅薄膜太阳电池的光致衰退作用，提高了电池对太阳光的光谱收集范围，并且具有原材料储量丰富、无毒、性能稳定耐用、对环境无危害等优点，被认为是最有可能实现高效率、低成本、长寿命的下一代硅基薄膜太阳电池，在未来的光伏市场中具有很好的发展前景。作为薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的关键材料，如何实现优质氢化硅薄膜(氢化微晶硅薄膜、氢化非晶硅薄膜)的大面积低成本制备是薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池走向广泛实际应用所必须解决的难题，也是目前人们研究的热点。在氢化硅薄膜沉积工艺上，相比常用的化学气相沉积，磁控溅射具有 Si 源及掺杂源无毒、无污染、安全，且薄膜中氢含量可控等优点，为安全、廉价的制备氢化硅薄膜及其太阳电池提供了选择。 本论文采用磁控溅射制备氢化微晶硅薄膜、离子束辅助磁控溅射制备氢化非晶硅薄膜。主要研究内容和结果如下： 1. 采用磁控溅射制备本征氢化微晶硅薄膜。首先研究了基底温度对微晶硅薄膜结构特性的影响，结果发现基底温度对薄膜结构特性有一定的影响，但不明显。且在较低的基底温度下(< 200 ℃)得到了结构特性较好的薄膜。在此基础上，着重研究了低温磁控溅射制备微晶硅薄膜及其结构特性。在低温下，制备出了晶化率在40%～65%、弱(220)或(111)择优取向、结构致密的微晶硅薄膜。并且在100 ℃的低温下得到了没有非晶孵化层，纵向结构均匀的本征氢化微晶硅薄膜，这主要归因于氢选择刻蚀和薄膜沉积物表面扩散系数的增加。 2. 采用磁控溅射制备了超薄(～60 nm)掺杂(硼掺杂/磷掺杂)氢化微晶硅薄膜。探讨了基底温度对掺杂微晶硅薄膜结构和电学特性的影响。随基底温度增加，硼掺杂微晶硅薄膜的结晶率、电导率先增加后减小，而磷掺杂微晶硅薄膜的结晶率、电导率单调增加。着重研究了低温磁控溅射制备掺杂微晶硅薄膜及其结构和电学特性。在低温下，随氢稀释比例的变化，磷掺杂和硼掺杂微晶硅薄膜的结构和电学特性变化趋势基本相同。 3. 采用离子束辅助磁控溅射制备本征氢化非晶硅薄膜。研究了离子源气体、离子源能量、束流以及基底温度对离子束辅助磁控溅射制备非晶硅薄膜结构特性的影响。在基底温度为 300 ℃，氢离子源能量为200 eV，束流为5 mA的条件下制备的非晶硅薄膜结构特性最优：微结构因子为0.48、次带吸收系数为0.7 cm-1、氢含量为10.2 at.%、结构有序度高，这与等离子体增强化学气相沉积法制备的非晶硅薄膜结构特性相当。 4. 采用离子束辅助磁控溅射制备硼掺杂氢化非晶硅薄膜。研究了离子源气体、离子源能量对离子束辅助磁控溅射制备硼掺杂非晶硅薄膜结构和电学特性的影响。在低硼掺杂条件下(硼掺杂靶材的硼含量为0.1 at.%)，当离子源能量从0 eV增加到500 eV时，薄膜的电导率从8.1×10-10 S·cm-1增加到了2.1×10-7 S·cm-1，薄膜的电导率增加了约3个数量级，这主要是因为离子束处理激活了Si-H-B键的电学活性。这为低硼掺杂下高电导率硼掺杂氢化非晶硅薄膜的制备提供了一种方法。 |
| Subject Area | 材料科学与物理化学 |
| Funding Project | 磨损与表面工程课题组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/6782 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王林青. 磁控溅射制备氢化硅薄膜及其特性研究[D]. 中国科学院大学,2014. |
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