铝诱导非晶硅薄膜晶化动力学研究

为探讨其晶化过程及动力学机理,本文采用磁控溅射技术制备Al/Si薄膜,并利用快速光热退火制备微晶硅.通过采用不同的衬底温度及对铝膜进行退火处理,探究其晶化动力学过程.利用拉曼散射光谱(Raman)仪和X射线衍射(XRD)仪对薄膜进行性能表征.结果表明:退火及衬底加热均能在界面形成非共融的硅铝化合物;延长退火时间能使Al/Si界面充分扩散,达到成核条件.较大的铝晶粒及其择优取向,能有效改善铝诱导晶化效果.     

电场辅助铝诱导晶化非晶硅薄膜

以氢气稀释的硅烷和氢气为反应气体,利用PECVD法先在玻璃衬底上生长非晶硅薄膜,然后利用磁控溅射法在非晶硅薄膜上镀制铝膜,最后将镀有铝膜的非晶硅薄膜样品置于快速热处理炉中,在外加电场辅助条件下,在氮气气氛下对薄膜样品进行退火制备多晶硅薄膜.本论文研究了不同外加电场强度和退火时间对非晶硅薄膜晶化的影响.利用XRD、SEM和Raman等测试方法对薄膜样品的晶相结构、表面形貌和晶化程度进行了表征.实验结果表明,在外加横向电场辅助铝诱导晶化的条件下,非晶硅薄膜在500 ℃低温下成功地转化成多晶硅薄膜,并且随着横向电场强度的增大以及退火时间的延长,薄膜的晶化程度增强,晶粒尺寸增大.     

Ge覆盖层诱导晶化多晶Si薄膜的晶化特性研究

采用电子束蒸发技术在衬底温度为180℃条件下生长具有Ge覆盖层的非晶Si薄膜,并于500℃、600℃、700℃真空退火5h.采用Raman散射、X射线衍射(XRD)、全自动数字式显微镜等对所制备薄膜的晶化特性进行研究.结果表明,Ge覆盖层具有诱导非晶Si薄膜晶化的作用,且随着退火温度的升高a-Si薄膜晶化越显著.具有Ge覆盖层非晶薄膜经500℃退火5h沿Si(400)方向开始晶化,对应晶粒尺寸约为4.9 nm.将退火温度升高到700℃时,非晶硅薄膜几乎全部晶化,晶化多晶Si薄膜在Si(400)方向表现出很强的择优取向特性,晶粒尺寸高达23.3μm.与相同条件下制备的无Ge覆盖层的非晶Si薄膜相比,晶化温度降低了300℃.     

磁控溅射制备非晶硅薄膜的均匀性及光学吸收特性研究

利用射频磁控溅射镀膜技术,采用不同的衬底温度及射频功率在玻璃衬底上制备了非晶硅薄膜;利用X射线衍射仪、拉曼(Raman)散射仪、台阶仪、紫外-可见光-近红外分光光度计及SPSS统计分析方法研究了衬底温度及射频功率对薄膜均匀性及其光学吸收特性的影响.结果表明:衬底温度从150℃增加到200℃,薄膜的生长速率加快、均匀性降低、光学吸收强度增加,从200℃再增加到250℃,薄膜的生长速率降低、均匀性下降、光学吸收强度减弱;射频功率从90W增加到100 W,薄膜的生长速率加快、均匀性增加、光学吸收强度增加,从100 W再增加到110 W,则薄膜的生长速率降低,均匀性降低、光学吸收强度降低;获得了优化的非晶硅薄膜的制备工艺:射频功率100W,衬底温度200℃.     

退火时间对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/ Si…Al/ Si/ glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/ Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了不同退火时间下Al/ Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了退火时间对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,在退火过程的初期,晶态硅薄膜的生长主要来源于因Al的存在而形成的硅初始品核数量增加的贡献.随退火时间的延长,晶态硅薄膜的生长主要是依靠临界浓度线已推进区域中未参与形核的硅原子扩散至初始品核位置并进行外延生长来实现的.经500℃退火1 h后,Al/ Si薄膜的截面形貌巾出现了沿Si(111)晶面生长的栾品组织.     

AIT玻璃衬底非晶硅薄膜的固相晶化研究

本实验在铝诱导织构的基础上,对以AIT浮法玻璃为衬底沉积非晶硅薄膜固相晶化进行了初步研究.采用拉曼散射、X射线衍射等手段对生成多晶硅薄膜的结构和光学性能进行了表征和分析.研究结果表明:热处理10h,薄膜的晶化率达到80;以上,同时具有良好的(111)择优取向;同平板玻璃衬底对比,AIT玻璃上制备的多晶硅薄膜具有良好的陷光作用.     

多晶硅薄膜结晶团晶化机理的研究

本文用PECVD法在石英玻璃上沉积非晶硅薄膜,然后用快速光退火和传统电阻炉退火方法晶化生长多晶硅薄膜,用拉曼光谱仪、XRD和场发射扫描电镜观察分析薄膜,发现在制备的多晶硅薄膜表面存在结晶团现象,并对这一现象的晶化机理进行了分析.     

铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/Si/…Al/Si/glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了退火前、后Al/Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的本质影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,随退火过程的进行,Al、Si原子会沿Al/si层间界面进行互扩散运动且在Si层中达到临界浓度Cs的Al原子所在区域整体呈线形平行于Al/Si界面逐渐向铝原子扩散距离增大的方向推进;随着Al层厚度的增加,Al在Si层中达到临界浓度Cs的区域整体向前推进速度加快,已扩散区域产生硅初始晶核的数量也随之增大;随Al/Si层厚比的增大,虽因铝诱导而晶化的硅薄膜均为多晶态,但非晶硅薄膜在晶化过程中的生长晶面数量增多,同时硅晶粒的尺寸有所减小.     

用于HIT太阳能电池的非晶硅薄膜制备与性能研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术(RF-PECVD),在不同硅烷浓度下制备本征非晶硅薄膜,研究薄膜材料的微结构和光电性能.研究表明,在硅烷浓度为5;时,制备的薄膜材料处于非晶/微晶相过渡区域,具有宽光学带隙、低吸收系数、较高电导率和较好的致密性.作为钝化层应用到HIT太阳电池中,具有良好的钝化效果,在n型单晶硅衬底上制备出了效率为13.92;的太阳电池.     

非晶硅锗薄膜与太阳能电池研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在1.1 m×1.3m的大面积玻璃衬底上制备非晶硅锗(a-SiGe)薄膜和太阳能电池.系统研究了锗烷流量比(RGe)、氢气流量比(RH)、沉积功率和压强对a-SiGe薄膜光学带隙以及沉积速率的影响;分析了具有不同RGe的本征层对a-SiGe单结电池的影响;通过调节沉积参数制备出具有合适本征层带隙的高质量a-SiGe单结电池,实现在800 nm波长处的量子效率达到18.9;,同时填充因子(FF)也达到0.62.     

非晶硅薄膜的快速热退火机理研究

采用RTA方法对PECVD沉积的a-S i:H薄膜进行固相晶化是近年来发展起来的一种制备多晶硅薄膜的新方法。通过研究不同退火工艺条件对薄膜结构的影响,来揭示快速热退火机理。研究表明短波长光(≤730nm)的量子效应在晶化过程中可能起着至关重要的作用。     

柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池量子效率的研究

量子效率是太阳电池对光的吸收能力的评定标准之一.本文通过对柔性衬底倒结构n-I-p非晶硅薄膜太阳电池量子效率的测量,同时结合本征材料吸收特性,讨论了衬底温度和反应压强对太阳电池量子效率的影响.结果表明:本征非晶硅薄膜的吸收特性是影响太阳电池量子效率的主要因素,同时光生载流子在本征层和界面处的复合也会对太阳电池的量子效率有所影响.经过反应条件优化得到了转换效率为5.67;的聚酰亚胺衬底太阳电池.     

基于温和等离子体CVD的非晶硅薄膜的制备与钝化研究

采用容性放电模式(E-mode)的电感耦合等离子体化学气相沉积技术(ICPCVD),以硅烷( SiH4)和氢气(H2)作为气源,通过改变沉积气压来制备氢化非晶硅薄膜(a-Si:H).采用少子寿命测试仪(Sinton WCT-120)研究薄膜在n型单晶硅片表面的钝化效果.并通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)进一步表征薄膜的氢含量、微结构因子和表面形貌.结果表明,气压偏低或者偏高都会影响薄膜质量,生成多孔隙的薄膜,从而影响薄膜的钝化性能.最优沉积气压为65 Pa,并进一步优化少子寿命到445 μs,复合速度减小到48 cm/s,隐开路电压接近700 mV.     

晶体硅金字塔绒面结构圆化对其光反射率和非晶硅薄膜钝化效果的影响

(001)晶体硅金字塔绒面结构圆化有提高光反射率与提高非晶硅薄膜钝化效果的相互矛盾的双重作用,定量了解它们对优化非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的绒面结构圆化程度很有必要.本文以表面粗糙度Rz相对下降百分数定量表征晶体硅衬底表面金字塔绒面结构圆化程度DR,研究了DR值对等离子体化学气相沉积氢化本征非晶硅薄膜钝化效果的改善作用,发现除圆化初期效果异常高以外,二者之间基本呈线性正比关系;相对改善作用随钝化膜变薄而显著提高.同时测定了DR值对金字塔绒面光反射率的影响,发现反射率基本随DR值线性增大.典型结果为:6;绒面结构圆化程度下,金字塔绒面的光反射率绝对值提高3;;其表面7 nm厚的氢化本征非晶硅薄膜可达到使硅片少数载流子寿命相对未圆化绒面样品提高260;.     

非晶锗的低温晶化和光学特性研究

本文采用直流磁控溅射在(100)硅衬底上沉积了单层锗薄膜,分别用拉曼光谱和X射线衍射研究了薄膜的结晶性,通过对结晶性的研究发现,在衬底温度为200℃时溅射功率为150W时结晶性开始变好,功率增至250W的过程,锗薄膜的择优取向发生(220)向(331)的变化.这样在无金属掺杂的情况下得到了结晶性较好的样品.光致发光结果表明,非晶锗在可见光区有较强的发光现象,发光峰位中心分别在648.1nm和713.0nm.发光峰位不随晶粒尺寸变化而变化,但峰强对晶粒大小的依赖性很强,平均晶粒较大的锗薄膜在可见光区发光现象不显著.