甚高频高速沉积微晶硅薄膜的研究

采用甚高频化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了系列微晶硅(μc-Si:H)薄膜样品,重点研究了硅烷浓度、功率密度、沉积气压和气体总流量对薄膜沉积速率和结晶状态的影响,绘制了沉积气压和功率密度双因素相图. 以0.75nm/s的高速沉积了器件质量级的微晶硅薄膜,并以该沉积速率制备出了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜电池. 关键词： 微晶硅薄膜 高速沉积 甚高频化学气相沉积     

高速沉积本征微晶硅的优化及其在太阳电池中的应用

采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术高速（沉积速率约为1.2 nm/s）沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,并通过Raman谱和XRD谱的测试,研究了高速沉积时本征微晶硅薄膜的微结构演变特性及其对电池性能的影响.针对其微结构特性及高速沉积本身存在的离子轰击作用强的特点,提出了在沉积微晶硅薄膜过程中采用功率梯度的方法,达到有效地控制薄膜微结构变化的目的,并在一定功率梯度范围内降低了电子温度,提高了薄膜质量,从而使电池效率明显提高.最后在沉积速率为1.2 nm/s时,制备 关键词： 高速沉积 微晶硅薄膜 微结构演变 功率梯度     

微晶硅薄膜高速沉积及电学性质的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术在高功率密度和高压强条件下,通过改变硅烷浓度和气体总流量对薄膜沉积参数进行了两因素优化,最终在硅烷浓度为45%,气体总流量为100 sccm条件下,获得沉积速率142 nm/s,电导激活能047 eV的优质硅薄膜;同时,通过单因素优化制备出沉积速率为21 nm/s的微晶硅薄膜.利用晶粒间界势垒模型和费米能级统计偏移模型对薄膜的电学特性和传导行为分别进行了研究分析,同时初步分析了“后氧化”对薄膜电学性能的影响. 关键词： μc-Si:H 甚高频等离子体增强化学气相沉积 高速沉积 电学特性     

低速p/i界面缓冲层对高速沉积微晶硅太阳电池性能的影响

在采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术高速沉积微晶硅(μc-Si：H)太阳电池过程中,产生的高能离子对薄膜表面的轰击作用会降低薄膜质量和破坏p型掺杂层(p层)与本征层(i层)之间的界面特性.针对该问题提出在电池中引入低速沉积的p/i界面层的方法,即在p层上先低速沉积一薄层本征μc-Si：H薄膜,然后再高速沉积本征μc-Si：H薄膜.实验结果表明,引入低速方法沉积的界面层有效地提高了p/i界面特性和i层微结构的纵向均匀性,而随界面层厚度的增加,i层中的缺陷态先降低后增加, 关键词： μc-Si：H太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积 p/i界面层     

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     

分步法高速沉积微晶硅薄膜

为提高微晶硅薄膜的纵向结晶性能, 在甚高频等离子体增强化学气相沉积技术的基础上, 采用过渡参数缓变和两步法相结合的方法在普通玻璃衬底上高速沉积薄膜. 当功率密度为2.1 W/cm², 硅烷浓度在6%和9.6%之间变化时, 从薄膜方向和玻璃方向测算的Raman晶化率的差异维持在2%以内. 硅烷浓度为9.6%时, 薄膜沉积速率可达3.43 nm/s, 从薄膜方向和玻璃方向测算的Raman晶化率分别为50%和48%, 差异的相对值仅为4.0%. 合理控制过渡阶段的参数变化, 可使两个方向的Raman晶化率差值下降到一个百分点. 表明采用新方法制备薄膜, 不仅可以抑制非晶孵化层的形成, 改善微晶硅薄膜的纵向结构, 还为制备优质薄膜提供了较宽的参数变化空间. 关键词： 微晶硅薄膜 非晶孵化层 高速沉积 甚高频等离子体增强化学气相沉积     

二次离子质谱深度剖面分析氢化微晶硅薄膜中的氧污染

运用二次离子质谱研究了甚高频等离子体增强化学气相沉积制备的不同硅烷浓度和功率条件下薄膜中的氧污染情况.结果发现：薄膜中的氧含量随硅烷浓度和功率的变化而改变.制备的微晶硅薄膜，晶化程度越高薄膜中的氧含量相对越多.另外，不同本底真空中的氧污染实验结果表明：微晶硅材料中的氧含量与本底真空有很大的关系，因此要制备高质量的微晶硅材料，高的本底真空是必要条件. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 二次离子质谱 氧污染     

H2， He混合稀释生长微晶硅锗薄膜

采用H₂,He混合气体稀释等离子辅助反应热化学气相沉积法生长微晶硅锗薄膜,并在生长过程中对等离子体进行光发射光谱在线监测.结果表明：混合气体稀释法可以有效提高等离子体中的原子氢数目,降低等离子体中的电子温度;用XRD和光暗电导率表征样品的微结构和光电特性时发现,通过优化混合稀释气体中He和H₂气体的比例,能够减少薄膜中的缺陷态,促进薄膜<220>择优取向生长,有效改善微晶硅锗薄膜结构,提高光电吸收性能. 关键词： 化学气相沉积 微晶硅锗薄膜 光发射光谱 X射线衍射     

甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅太阳电池的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术成功地制备了不同硅烷浓度和辉光功率条件下的微晶硅电池.电池的J-V测试结果表明：在实验的硅烷浓度和功率范围内，随硅烷浓度的降低和功率的加大，对应电池的开路电压逐渐变小；硅烷浓度的不同对电池的短路电流密 度有很大的影响，但功率的影响在实验研究的范围内不是很显著.对于微晶硅电池，N层最好 是非晶硅，这是因为一方面可以降低对电流的横向收集效应，另一方面也降低了电池的漏电概率，提高了电池的填充因子. 关键词： 微晶硅太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积     

相变域硅薄膜材料的光稳定性

采用RF-PECVD技术，通过改变反应气体的硅烷浓度制备了一系列不同晶化率不掺杂的硅薄膜材料，研究了工艺变化对材料结构的影响及材料光电特性同微结构的关系.随后进行了光衰退试验，在分析光照前后光电特性变化规律的基础上，认为材料中的非晶成分是导致材料光电特性衰退的主要原因.在靠近过渡区非晶一侧的硅材料比普通非晶硅稳定，衰退率较少；高晶化率微晶硅材料性能稳定，基本不存在光衰退；在靠近过渡区微晶一侧的硅材料虽然不是完全不衰退，但相比高晶化率硅材料来说更适合制备高效微晶硅电池. 关键词： 射频等离子体增强化学气相沉积 硅薄膜 Staebler-Wronski(SW)效应 稳定性     

Influence of the total gas flow rate on high rate growth microcrystalline silicon films and solar cells

This paper reports that high-rate-deposition of microcrystalline silicon solar cells was performed by very-high-frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition. These solar cells, whose intrinsic μ c-Si:H layers were prepared by using a different total gas flow rate (F_total), behave much differently in performance, although their intrinsic layers have similar crystalline volume fraction, opto-electronic properties and a deposition rate of ～ 1.0~nm/s. The influence of F_total on the micro-structural properties was analyzed by Raman and Fourier transformed infrared measurements. The results showed that the vertical uniformity and the compact degree of μ c-Si:H thin films were improved with increasing F_total. The variation of the microstructure was regarded as the main reason for the difference of the J--V parameters. Combined with optical emission spectroscopy, we found that the gas temperature plays an important role in determining the microstructure of thin films. With F_total of 300~sccm, a conversion efficiency of 8.11% has been obtained for the intrinsic layer deposited at 8.5~\AA/s (1~\AA=0.1\,nm).     

电极间距对μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜结构特性的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,使用SiH4加GeH4的反应气源组合生长微晶硅锗(μc-Si1-x Gex:H)薄膜.研究了电极间距对μc-Si1-x Gex:H薄膜结构特性的影响.发现薄膜中的Ge含量随电极间距的降低逐渐增加.当电极间距降至7 mm时,μc-Si1-x Gex:H薄膜具有较大的晶粒尺寸并呈现较强的(220)择优取向,同时具有较低的微结构因子.通过薄膜结构特性的变化分析了反应气源的分解状态,认为Ge含量的提高主要是SiH4的分解率降低所导致的.在较窄的电极间距(7 mm)下,等离子体中GeH3基团的比例较大,增强了Ge前驱物的扩散能力,使μc-Si1-x Gex:H薄膜的质量得到提高.     

The high deposition of microcrystalline silicon thin film by very high frequency plasma enhanced chemical vapour deposition and the fabrication of solar cells

This paper reports that the intrinsic microcrystalline silicon ($\mu $c-Si:H) films are prepared with plasma enhanced chemical vapour deposition from silane/hydrogen mixtures at 200\du\ with the aim to increase the deposition rate. An increase of the deposition rate to 0.88\,nm/s is obtained by using a plasma excitation frequency of 75\,MHz. This increase is obtained by the combination of a higher deposition pressure, an increased silane concentration, and higher discharge powers. In addition, the transient behaviour, which can decrease the film crystallinity, could be prevented by filling the background gas with Hchemical vapour deposition, plasma deposition, solar cells, crystallinityProgram supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant No 2006CB202601), and Basic Research Project of Henan Province in China (Grant No 072300410140).7280N, 7830G, 8115HThis paper reports that the intrinsic microcrystalline silicon ($\mu $c-Si:H) films are prepared with plasma enhanced chemical vapour deposition from silane/hydrogen mixtures at 200\du\ with the aim to increase the deposition rate. An increase of the deposition rate to 0.88\,nm/s is obtained by using a plasma excitation frequency of 75\,MHz. This increase is obtained by the combination of a higher deposition pressure, an increased silane concentration, and higher discharge powers. In addition, the transient behaviour, which can decrease the film crystallinity, could be prevented by filling the background gas with Hchemical vapour deposition, plasma deposition, solar cells, crystallinityProgram supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant No 2006CB202601), and Basic Research Project of Henan Province in China (Grant No 072300410140).7280N, 7830G, 8115HThis paper reports that the intrinsic microcrystalline silicon ($\mu $c-Si:H) films are prepared with plasma enhanced chemical vapour deposition from silane/hydrogen mixtures at 200\du\ with the aim to increase the deposition rate. An increase of the deposition rate to 0.88\,nm/s is obtained by using a plasma excitation frequency of 75\,MHz. This increase is obtained by the combination of a higher deposition pressure, an increased silane concentration, and higher discharge powers. In addition, the transient behaviour, which can decrease the film crystallinity, could be prevented by filling the background gas with Hchemical vapour deposition, plasma deposition, solar cells, crystallinityProgram supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant No 2006CB202601), and Basic Research Project of Henan Province in China (Grant No 072300410140).7280N, 7830G, 8115HThis paper reports that the intrinsic microcrystalline silicon ($\mu $c-Si:H) films are prepared with plasma enhanced chemical vapour deposition from silane/hydrogen mixtures at 200\du\ with the aim to increase the deposition rate. An increase of the deposition rate to 0.88\,nm/s is obtained by using a plasma excitation frequency of 75\,MHz. This increase is obtained by the combination of a higher deposition pressure, an increased silane concentration, and higher discharge powers. In addition, the transient behaviour, which can decrease the film crystallinity, could be prevented by filling the background gas with Hchemical vapour deposition, plasma deposition, solar cells, crystallinityProgram supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant No 2006CB202601), and Basic Research Project of Henan Province in China (Grant No 072300410140).7280N, 7830G, 8115HThis paper reports that the intrinsic microcrystalline silicon ($\mu $c-Si:H) films are prepared with plasma enhanced chemical vapour deposition from silane/hydrogen mixtures at 200\du\ with the aim to increase the deposition rate. An increase of the deposition rate to 0.88\,nm/s is obtained by using a plasma excitation frequency of 75\,MHz. This increase is obtained by the combination of a higher deposition pressure, an increased silane concentration, and higher discharge powers. In addition, the transient behaviour, which can decrease the film crystallinity, could be prevented by filling the background gas with H$_{2}$ prior to plasma ignition, and selecting proper discharging time after silane flow injection. Material prepared under these conditions at a deposition rate of 0.78\,nm/s maintains higher crystallinity and fine electronic properties. By H-plasma treatment before i-layer deposition, single junction $\mu $c-Si:H solar cells with 5.5{\%} efficiency are fabricated.     

提高微晶硅薄膜太阳电池效率的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了系列微晶硅薄膜太阳电池，指出了气体总流量和背反射电极的类型对电池性能参数的影响.电池的I-V测试结果表明：随反应气体总流量的增加，对应电池的短路电流密度、开路电压和填充因子都有很大程度的提高，结果使得电池的光电转换效率得以提高.另外，ZnO/Ag/Al背反射电极能明显提高电池的短路电流密度，进而也提高了电池的光电转换效率.对气体总流量和背反射电极类型影响电池效率的原因进行了分析. 关键词： 微晶硅薄膜太阳电池 气体流量 ZnO/Ag/Al背反射电极     

椭圆偏振技术研究VHF-PECVD高速沉积微晶硅薄膜的异常标度行为

采用VHF-PECVD技术高速沉积了不同生长阶段的微晶硅薄膜,通过椭圆偏振技术研究了生长过程中微晶硅薄膜表面粗糙度的演化.实验结果表明,沉积气压P_g=300 Pa时,β=0.81,其超出标度理论中β最大值为0.5范围,出现异常标度行为.这表明微晶硅薄膜高速生长中还存在其他粗糙化增加的因素,此粗糙化增加的因素与阴影作用有关. 关键词： 微晶硅薄膜 椭偏光谱法 生长机制 表面粗糙度     

等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼

用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法成功实现硅纳米线的掺B.选用Si片作衬底，硅烷 （SiH4）作硅源，硼烷（B2H6）作掺杂气体， Au作催化剂，生长温度440℃.基于气-液-固(VLS)机制，探讨了掺B硅纳米线可能的生长机制.PECVD法化学成分配比更灵活，更容易实现纳米线掺杂，进一步有望生长硅纳米线pn结，为研制纳米量级器件提供技术基础. 关键词： 硅纳米线 化学气相沉积 纳米器件     

衬底温度和硼掺杂对p型氢化微晶硅薄膜结构和电学特性的影响

以B₂H₆为掺杂剂,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备p型氢化微晶硅薄膜.研究了衬底温度和硼烷掺杂比对薄膜的微结构和暗电导率的影响.结果表明：在较高的衬底温度下很低的硼烷掺杂比即可导致薄膜非晶化;在实验范围内,随着衬底温度升高薄膜的晶化率单调下降,暗电导率先缓慢增加然后迅速下降,变化趋势与硼烷掺杂比的影响极为相似.最后着重讨论了p型氢化微晶硅薄膜的生长机理. 关键词： p型氢化微晶硅薄膜 衬底温度 晶化率 电导率     

微晶硅薄膜的制备及结构和稳定性研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了不同衬底温度的微晶硅薄膜.利用傅里叶变换红外吸收对制备薄膜进行了结构方面的测试分析.结果表明：随衬底温度的升高，材料 中的氢含量总的趋势下降；傅里叶变换红外吸收和二次离子质谱测试结果都显示薄膜中氧含 量随衬底温度的升高而增加（在10¹⁹cm^-3量级）；与高衬底温度相 比，低衬底温度制备的材料易于后氧化，这说明低温制备材料的稳定性不好. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅薄膜 傅里叶变换红外吸收     

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。