快速热退火温度对纳米晶氢-硅薄膜及其p-n结性能的影响

采用快速热退火(RTA)对热丝化学气相沉积HWCVD制 备的非晶氢-硅(a-Si:H)薄膜进行晶化处理,并在此基础上制备了 纳米晶氢-硅(nc-Si:H)薄膜p-n结。利用拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)和分光光 度计研究了所制备(nc-Si:H)薄膜的结构、光学性能与退火温度的关系;同时, 研究了不同RTA条 件下制备p-n结的整流特性随温度变化的规律。研究发现,随RTA温度由700℃升高至 1100℃,薄膜的晶化率由46.3%提高到96%,拉曼峰半高宽(FWHM)由19.7cm－1降低至7. 1cm－1。当退火 温度为700℃时,薄膜的XRD谱中只有一个较弱的Si(111)峰;当退火 温度高于900 ℃时,薄膜 的XRD谱中除Si(111)峰外,还出现了Si(220)、Si(311)峰。同时,随退火温度的升高,薄膜 的禁 带宽度由1.68eV升高至2.05eV。由于禁带宽 度的增加,相应的p-n结最高工作温度也由180℃升高至300℃。     

晶化对掺杂GD非晶硅薄膜导电性能的作用

在a-Si:H薄膜中进行置换式硼、磷掺杂能引起薄膜结构的变化。在一定衬底温度下,增大r.f淀积功率能使薄膜发生由非晶向微晶及类多晶结构的转化,晶化了的非晶硅薄膜的室温电阻率又可下降三个数量级,其电导激活能也大幅度下降。从而使薄膜的导电性能得到提高。只有在类多晶结构的硅膜中才能获得更高的电导率。     

NIP型非晶硅薄膜太阳能电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备非晶硅(a-Si)NIP太阳能电池,其中电池的窗口层采用P型晶化硅薄膜,电池结构为Al/glass/SnO2/N(a-Si:H)/I(a-Si:H)/P(cryst-Si:H)/ITO/Al.为了使P型晶化硅薄膜能够在a-Si表面成功生长,电池制备过程中采用了H等离子体处理a-Si表面的方法.通过调节电池P层和N层厚度和H等离子体处理a-Si表面的时间,优化了太阳能电池的制备工艺.结果表明,使用H等离子体处理a-Si表面5 min,可以在a-Si表面获得高电导率的P型晶化硅薄膜,并且这种结构可以应用到电池上;当P型晶化硅层沉积时间12.5 min,N层沉积12 min,此种结构电池特性最好,效率达6.40%.通过调整P型晶化硅薄膜的结构特征,将能进一步改善电池的性能.     

非晶硅和微晶硅的生长机理与结构模型研究

我们利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对a-Si,a-Si∶H,a-Si∶Cl和μc-Si薄膜进行了观测。文中讨论了a-Si(或a-Si∶H,a-Si∶Cl)和μc-Si薄膜的生长机理;提出了可能的结构模型,即a-Si(或a-Si∶H,a-Si∶Cl)薄膜具有卵石状结构或柱状结构,μc-Si薄膜具有锥状结构。     

富硅氮化硅薄膜的制备及其发光特性

采用射频磁控反应溅射法制备了氮化硅薄膜.利用X射线衍射谱(XRD)、红外光谱(IR)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),通过与氮气中和空气中退火薄膜比较,对原沉积薄膜进行了成分与结构和发光特性研究.研究发现原沉积薄膜是部分晶化的富硅氮化硅薄膜,薄膜中晶态氮化硅颗粒的平均粒径为33 nm;在氮气中退火后,纳米颗粒增大;在空气中退火后,薄膜被氧化,晶态颗粒消失.在4.67 eV的光激发下,原沉积薄膜中观测到7个强的PL峰,其峰位分别为3.39,3.24,3.05,2.82,2.61,2.37和2.11 eV.在氮气和空气中退火后, PL峰位和强度有变化.对其光致发光机制进行了探讨, 认为硅悬挂键≡Si,氮悬挂键=N,硅错键≡Si-Si≡以及与氧有关的缺陷在富硅氮化硅薄膜高强度荧光发射中起主导作用.     

无定形锗硅合金的光电特性

用射频溅射方法制备了无定形锗硅合金 a-Si_(1-x)Ge_x: H膜的光学带隙随x值的增加而单调下降.用最小二乘法将光学带隙数据作线性拟合得到E_g(eV)=1.79-0.98x.当膜中锗的原子百分比从0增加到66％时,合金膜室温暗电导率从10~(-10)Q~(-1)cm~(-1)单调上升到10~(-4)Q~(-1)·cm~(-1);电导激活能却从0.84eV单调下降到0.40eV. 用XPS 谱测量合金组分证明锗的溅射速率是硅的1.5倍.测量了光子能量为1.2eV时的吸收系数,结果表明,a-Si(1-x)Ge_x:H比a-Si:H有较多的悬挂键.这些悬挂键在较高氢分压下可部分被饱和.     

Al/a-Si∶H复合薄膜的电导性能

采用真空热蒸发与PECVD方法,在经特殊设计的"单反应室双沉积"设备中沉积了Al/a-Si∶H复合薄膜,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射、Raman及X射线光电子谱等方法对复合薄膜在不同Al层厚度和不同温度退火后的晶化及电导行为进行了研究.结果表明,Al/a-Si∶H复合薄膜在不高于250℃的退火条件下即开始出现硅的晶体相.退火温度越高,Al层越厚,形成多晶硅的量越多.Al/a-Si∶H复合薄膜的电导率受Al原子在a-Si∶H中掺杂效应的影响,比纯a-Si∶H薄膜的大.随着硅晶体相在复合薄膜中的生成,复合薄膜的电导率受晶相比控制,晶相比增加,电导率增大.     

Al/a-Si∶H复合薄膜的电导性能

采用真空热蒸发与PECVD方法,在经特殊设计的"单反应室双沉积"设备中沉积了Al/a-Si∶H复合薄膜,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射、Raman及X射线光电子谱等方法对复合薄膜在不同Al层厚度和不同温度退火后的晶化及电导行为进行了研究.结果表明,Al/a-Si∶H复合薄膜在不高于250℃的退火条件下即开始出现硅的晶体相.退火温度越高,Al层越厚,形成多晶硅的量越多.Al/a-Si∶H复合薄膜的电导率受Al原子在a-Si∶H中掺杂效应的影响,比纯a-Si∶H薄膜的大.随着硅晶体相在复合薄膜中的生成,复合薄膜的电导率受晶相比控制,晶相比增加,电导率增大.     

a-SiCdTe∶H薄膜做液晶光阀光敏层的光学特性研究

采用射频磁控溅射法制备了用于液晶光阀光敏层的a-Si1-x(CdTe)x∶H薄膜.研究了CdTe含量对氢化非晶硅薄膜光学性能的影响.采用扫描电镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)、椭偏仪等测试手段对薄膜的表面形貌、成分和光学性能进行了表征.结果表明,薄膜的折射率和吸收系数均随x值的增大而增大;而光学带隙E.pt随x值的增大从2.01 eV降到1.75 eV.薄膜在可见光范围内透过率随着x值的增大而有所降低,且吸收边发生红移.     

a—Si:H薄膜显微形貌的图象处理

用动态方法跟踪观测a-Si:H薄膜原位退火过程中发生的晶化现象,获得晶化形貌的显徽图象,通过对图象的数字采集和计算,得到a-Si:H薄膜样品在不同退火温度下,显徽图像的Sandbox关系曲线。结果表明,在一定条件下所形成的微结构具有分形结构特性。计算了显徽图象的分维,讨论了a-Si:H薄膜结构驰豫(相变)与分形结构形成的关系。     

In掺杂对ZnO薄膜结构及光学特性的影响

通过射频反应溅射法在硅衬底上制备了具有c轴择优取向和小晶格失配的In掺杂ZnO薄膜.在室温下测量样品的光致发光(PL)光谱,观察到波长位于415nm(3.02eV)和430nm(2.88eV)附近的蓝紫发光双峰.研究了不同In掺杂量对ZnO薄膜的结构和发光特性的影响.当In片面积为靶总面积的3%时,样品具有高度的c轴择优取向和较小的晶格失配(0.16%);同时在PL谱中观察到波长位于415nm(3.02eV)和433nm(2.86eV)处的强蓝紫光双峰.     

CO_2激光化学气相沉积a-Si:H薄膜

用输出功率为50W的CW CO_2激光照射纯硅烷(SiH_4)气体得到了a-Si:H薄膜。沉积速率达到200 /min。用电子衍射方法测定了所沉积的薄膜是非晶态的。测量了薄膜的光电导率和暗电导率,其比值达10~4量级。用紫外可见光谱分析了薄膜的光学性质,计算出光能隙为1.44～2.0eV。得到了沉积速率、光电导率、暗电导率、光学能隙随基片温度变化的关系曲线。阐述了CO_2激光化学气相沉积a-Si:H薄膜的机理。     

CO2激光化学气相沉积a-Si:H薄膜

用输出功率为50W的CW CO2激光照射纯硅烷(SiH4)气体得到了a-Si:H薄膜。沉积速率达到200/min。用电子衍射方法测定了所沉积的薄膜是非晶态的。测量了薄膜的光电导率和暗电导率,其比值达104量级。用紫外可见光谱分析了薄膜的光学性质,计算出光能隙为1.44～2.0eV。得到了沉积速率、光电导率、暗电导率、光学能隙随基片温度变化的关系曲线。阐述了CO2激光化学气相沉积a-Si:H薄膜的机理。     

PI衬底柔性透明硅薄膜太阳能电池的制备及性能

利用硬质玻璃为载板,采用传统硅薄膜太阳能电池生产设备,在聚酰亚胺(PI)塑料薄膜衬底上沉积了B掺杂的ZnO(BZO)薄膜,并以此作为前电极制备了单节电池结构及多节串联一体结构的非晶硅(a-Si)太阳能电池;研究了PI衬底上BZO薄膜的光学及电学性能。结果表明,PI衬底上沉积BZO薄膜后在300~1 200 nm波长范围的透光率为76.63%,方块电阻19.7?/□。所制备的单节和多节串联一体结构的a-Si薄膜太阳能电池的转化效率分别达到6.45%和5.1%,封装后电池组件具有一定的透光性,透光率约达到30.2%。     

非晶硅微结构的CTEM和HREM研究

十多年来非晶硅(a -Si)薄膜的微结构一直是一个很多人感兴趣的课题,但至今仍未获得明确的结论。利用TEM技术研究a-Si的微结构的工作,大致可分成两个范畴:(1)中等分辨率(≥100A),Knights等人在辉光放电(GD)a-Si:H薄膜中观察到的“岛”状结构;(2)原子尺度的分辨率,英剑桥大学的Saxton等人用HREM技术研究a-Si极薄膜,经多年努力仍未获得任何关于近程序的结论。本文试图综合运用CTEM和HREM技术研究a-Si膜中岛状结构的微观性质。实验用JEOL公司的JEM200CX电镜。备有顶插式THG2高分辨测角台,物镜Cs=1.2mm。加速电压200KV,     

薄膜硅太阳能电池DEZn输送系统

正目前商业化生产的薄膜硅太阳能电池主要分为非晶硅(a-Si)薄膜和非晶/微晶硅(a-Si/μc-Si)叠层薄膜。其生产工艺首先是在玻璃基板上制造透明导电氧化物(TCO),然后再通过PECVD方法沉积p型、i型和n型薄膜,最后用溅射做背电极。目前工业化的TCO制备方法有溅射法     

a-Si:H/SiO2多层膜晶化过程中的发光机理

采用在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中淀积a-Si:H薄膜结合原位等离子体氧化的技术,制备了一系列不同a-Si:H子层厚度的a-Si:H/SiO2多层膜.通过对其进行三步热处理:脱氢、快速热退火及准静态退火,使a-Si:H/SiO2多层膜中a-Si:H层发生非晶态到晶态的相变,获得尺寸可控的纳米硅nc-Si/SiO2多层膜.结合Raman谱,FTIR谱和TEM测试,对退火过程中多层膜的光致发光性质进行跟踪研究,分析了a-Si:H/SiO2多层膜在各个热处理阶段发光机理的演变,讨论了a-Si:H/SiO2多层膜晶化为nc-Si/SiO2多层膜过程中,发光机制与微结构之间的相互联系.     

a-Si:H/SiO2多层膜晶化过程中的发光机理

采用在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中淀积a-Si:H薄膜结合原位等离子体氧化的技术,制备了一系列不同a-Si:H子层厚度的a-Si:H/SiO2多层膜.通过对其进行三步热处理:脱氢、快速热退火及准静态退火,使a-Si:H/SiO2多层膜中a-Si:H层发生非晶态到晶态的相变,获得尺寸可控的纳米硅nc-Si/SiO2多层膜.结合Raman谱,FTIR谱和TEM测试,对退火过程中多层膜的光致发光性质进行跟踪研究,分析了a-Si:H/SiO2多层膜在各个热处理阶段发光机理的演变,讨论了a-Si:H/SiO2多层膜晶化为nc-Si/SiO2多层膜过程中,发光机制与微结构之间的相互联系.     

a-Si/poly-Si叠层太阳能电池的空间电荷效应和稳定性分析

基于pin结构的a-Si∶H太阳能电池中的空间电荷效应,讨论了a-Si/poly-Si叠层太阳能电池的稳定性.结果表明,在光照射下,光生空穴俘获造成了a-Si∶H中正空间电荷密度的增加,从而改变了电池内部的电场分布,提高了a-Si∶H薄膜中的电场强度.空间电荷效应不会给a-Si/poly-Si叠层结构中的a-Si∶H薄膜带来准中性区(低场"死层"),也没有发生a-Si/poly-Si叠层太阳能电池的光诱导性能衰退,因而a-Si/poly-Si叠层结构太阳能电池具有较高的稳定性.     

气体压强对磷掺杂a-Si:H薄膜电学性能的影响

用射频等离子增强化学气相沉积方法(RF-PECVD)制备磷掺杂氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜,研究了辉光放电气体压强(20～80 Pa)对薄膜的暗电导率、电导激活能以及电阻温度系数的影响;利用激光喇曼光谱研究了气体压强对a-Si:H薄膜微结构的影响,并与薄膜的电学性能进行了综合讨论.结果表明:随着辉光放电气体压强的增加,a-Si:H薄膜的暗电导逐步减小,但电导激活能和电阻温度系数都有不同程度的增大;同时,薄膜内非晶网络的短程和中程有序程度逐渐恶化.