掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论和分子动力学方法,研究了ITO-SiO_x(In,Sn)/n-Si异质结光伏器件中非晶SiO_x层的氧化态和电子结构.计算结果表明:具有钝化隧穿功能的超薄(<2 nm)非晶SiO_x层,是由In,Sn,O,Si四种元素相互扩散形成的,其中In,Sn元素在SiO_x网格中以In-O-Si和Sn-O-Si成键态存在,形成了三元化合物.In和Sn的掺杂不仅在SiO_x的带隙中分别引入了E_v+4.60 eV和E_v+4.0 eV两个电子能级,还产生了与In离子相关的浅掺杂受主能级(E_v+0.3 eV).这些量子态一方面使SiO_x的性能得到改善,在n-Si表面形成与反型层相衔接的p-型宽禁带"准半导体",减少了载流子的复合,促进了内建电场的建立.另一方面有效地降低了异质结势垒高度,增强了ITO-SiO_x(In,Sn)/n-Si光伏器件中光生非平衡载流子的传输概率,促进了填充因子的提升(>72%).

超薄SiO_x钝化层所导致的半导体-绝缘体-半导体异质结高频隧道电容溢出现象

从高频电容电压特性测试中发现的隧道电容溢出现象出发,研究了具有超薄钝化层的半导体-绝缘体-半导体(semiconductor-insulator-semiconductor SIS)异质结器件界面处独特的电荷存储特性.从SIS 1 MHz频率下的CV特性可知,当外加偏压小于V_T(voltage tunneling)时,SIS界面处于耗尽状态,而当外加栅压超过V_T之后,SIS的高频电容将远超仪器量程趋于无穷大,可概括称为隧道电容溢出现象.从SIS的XPS(X-ray photoemission spectroscopy)深度剖析结果可知,具有不同厚度的ITO(indium tin oxide)的SIS器件界面钝化层所含元素组分并无差别.但从TEM(transparent electron microscope)的结果来看,钝化层厚度随ITO的增加而增加,分析表明不同ITO厚度的SIS所对应V_T值不同的主要原因是由于钝化层厚度的不同.通过对实验结果的分析,本文给出了隧道电容溢出现象的载流子输运的能带模型.结果表明,隧道电容溢出是由于超薄钝化层无法使大量电子在界面处积累所致.且同一器件隧道电容溢出现象是可重复的,不会对器件带来物理损伤,这是采用直接磁控溅射工艺制备SIS异质结太阳电池稳定性的体现.